C++ 核心基础概念梳理

C++ 核心基础概念梳理

C++ 兼容 C，这意味着你可以在 C++ 环境下编写 C 代码。

C++之父：本贾尼・斯特劳斯特卢普。

一、命名空间

在 C++ 中，标识符（变量、函数、类、常量、命名空间）的查找遵循特定的规则。理解这些规则有助于避免命名冲突。

1. 标识符查找规则

编译器查找标识符时，会从当前最内层的作用域开始查找；一旦找到，就不会再去外层作用域查找。

2. 命名冲突的本质

同一作用域下不能存在同名的标识符。

来看一个例子：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    int rand = 10;
    printf("%d\n", rand); // 代码可以正确执行
}

这里 rand 是局部变量，遮蔽了 stdlib.h 中的全局函数 rand。但如果写成全局变量呢？

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int rand = 10; // 全局变量

int main() {
    printf("%d\n", rand); // 会编译报错
}

当 rand 是全局变量时，它与 stdlib.h 中的函数名冲突，导致编译错误。这就是为什么我们需要命名空间来隔离不同的标识符。

3. 命名空间的使用

① 概念与语法

命名空间就像是一个自定义的'域'，用来存放标识符，解决同一个域下的命名冲突问题。访问时使用 命名空间名::标识符。

namespace mycode {
    int rand = 10;
}

int main() {
    printf("%d\n", mycode::rand); // 正常打印出 10
}

② 命名空间的嵌套

如果父域下仍有冲突，可以使用嵌套命名空间。

#include <stdio.h>

namespace code {
    namespace codeA {
        int a = 10;
    }
    namespace codeB {
        int a = 20;
    }
}

int main() {
    printf("%d\n", code::codeA::a); // 打印 10
    printf("%d\n", code::codeB::a); // 打印 20
}

③ 访问方式

• 指定访问：使用 :: 运算符。
• 展开某个成员：使用 using 命名空间名::成员;。
• 展开全部成员：使用 using namespace 命名空间名;。

注意：在多个文件中使用命名空间时，C++ 允许同一个命名空间被写在不同的文件中，编译器会自动把它们合并成一个。标准库就存放在名为 std 的命名空间中。

二、C++ 的输入输出

1. <iostream> 头文件

这是 Input Output Stream 的缩写，提供了 cin、cout 以及流操作符 <<、>>。

2. std::cin 和 std::cout

由于标准库都在 std 命名空间中，使用前需加上 std:: 前缀，或者使用 using namespace std;。

• cin (console input)：控制台输入。
• cout (console output)：控制台输出。

3. 流操作符

• <<：流插入运算符，配合 cout 使用。
• >>：流提取运算符，配合 cin 使用。

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    cout << "hello world" << endl;
    cout << "Hello C++" << endl << "Welcome" << endl;
}

C++ 能自动识别变量类型，不需要像 C 语言那样手动指定占位符。

4. endl

表示换行并刷新缓冲区。

三、缺省参数

定义函数时，可以给参数指定默认值。调用时如果不传该参数，则使用默认值。

1. 全缺省

所有参数都有默认值。

void Print(int a = 3, int b = 2) {
    cout << a << "," << b << endl;
}
// Print(); // 打印 3,2

2. 半缺省

部分参数有默认值。规定缺省值必须从右向左连续设置。调用时必须传够没有缺省值的参数。

void Print(int a, int b = 1, int c = 2) {
    cout << a << "," << b << "," << c << endl;
}
// Print(0); // 打印 0,1,2

注意：函数声明和定义分离时，缺省参数只能出现在声明部分。

四、函数重载

在同一作用域内，可以存在多个同名函数，但必须满足以下条件之一：

• 参数个数不同
• 参数类型不同
• 参数顺序不同

int Add(int a, int b) { return a + b; }
int Add(int a, int b, int c) { return a + b + c; }

double Calc(int a, double b) { return a + b; }
double Calc(double a, int b) { return a - b; }

五、引用（reference）

1. 基本概念

引用是给已有变量起的一个别名，直接在原内存上操作，不产生副本。

2. 引用 vs 指针

用 Swap 函数对比一下引用和指针的区别：

指针写法：

void Swap(int* a, int* b) {
    int tmp = *a;
    *a = *b;
    *b = tmp;
}
// 调用：Swap(&a, &b);

引用写法：

void Swap(int& a, int& b) {
    int tmp = a;
    a = b;
    b = tmp;
}
// 调用：Swap(a, b);

引用写法更简洁，且避免了野指针的风险。

3. 引用要求

• 初始化：定义引用时必须初始化。
• 不可重绑定：引用一旦绑定某个实体，就不能再指向其他对象。
• 多引用：一个变量可以有多个引用，修改任意一个都会影响原变量。

4. const 引用

被 const 修饰的引用，权限只能不变或变小（只读）。这常用于修饰临时变量，延长其生命周期。

int main() {
    const int& ra = 20; // 安全，临时变量被保护
    // int& rra = 20;  // 不安全，权限放大
}

六、宏

宏是在预处理阶段进行的文本替换，分为无参宏和有参宏。

#define val 18
#define Add(a,b) ((a) + (b))

注意：有参宏建议给参数加括号，避免运算符优先级问题。宏无法调试，且强制替换，不如函数安全。

七、内联函数

被 inline 修饰的函数，编译器会在调用处展开代码，无需建立栈帧，提高效率。

inline int Add(int a, int b) {
    return a + b;
}

区别：内联函数是真正的函数，支持调试，而宏只是文本替换。

八、nullptr

C++11 引入的关键字，用于表示空指针。

void Print(int* x) { cout << "int*" << endl; }
void Print(int x) { cout << "int" << endl; }

int main() {
    Print(NULL);   // 可能误判为 int
    Print(nullptr); // 明确匹配 int*
}

使用 nullptr 可以避免因 NULL 定义为 0 而在函数重载时产生的歧义。