C++ 入门与核心语法详解

C++ 入门与核心语法详解 | 极客日志

时间	版本	主要内容
1998 年	C++98	首个官方版本，引入 STL（标准模板库）
2003 年	C++03	修复 C++98 漏洞，增强稳定性和兼容性
2011 年	C++11	革命性更新：lambda、右值引用、智能指针、多线程支持等
2014 年	C++14	扩展 C++11：泛型 lambda 返回值推导、二进制字面常量等
2017 年	C++17	新增 `if constexpr`、折叠表达式，改进 `string`、`filesystem` 等
2020 年	C++20	里程碑更新：协程（Coroutines）、概念（Concepts）、模块化（Modules）等
2023 年	C++23	小版本更新：`if consteval`、`flat_map`、`import std` 等
2026 年	C++26	制定中

// test.cpp
#include<stdio.h>
int main() {
    printf("hello world\n");
    return 0;
}

// test.cpp
// 这里的 std cout 等我们都看不懂，没关系，下面我们会依次讲解
#include<iostream>
using namespace std;
int main() {
    cout << "hello world\n" << endl; // 这里的 endline 相当于换行的作用
    return 0;
}

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int rand = 10;
int main(){
    // 编译报错：error C2365: 'rand': 重定义；以前的定义是'函数'
    printf("%d\n", rand);
    return 0;
}

#include <stdio.h> 
#include <stdlib.h> 
// 1. 正常的命名空间定义
// fnx 是命名空间的名字，一般开发中是用项目名字做命名空间名。
namespace fnx {
    // 命名空间中可以定义变量/函数/类型
    int rand = 10;
    int Add(int left, int right) {
        return left + right;
    }
    struct Node {
        struct Node* next;
        int val;
    };
}
int main() {
    // 这里默认是访问的是全局的 rand 函数指针
    printf("%p\n", rand); 
    // 这里指定 bit 命名空间中的 rand
    printf("%d\n", fnx::rand);
    return 0;
}

// 2. 命名空间可以嵌套
namespace fnx {
    // czx 的代码
    namespace czx {
        int rand = 1;
        int Add(int left, int right) {
            return left + right;
        }
    }
    // lgh 的代码
    namespace lgh {
        int rand = 2;
        int Add(int left, int right) {
            return (left + right)*10;
        }
    }
}
int main() {
    printf("%d\n", fnx::czx::rand);
    printf("%d\n", fnx::lgh::rand);
    printf("%d\n", fnx::czx::Add(1, 2));
    printf("%d\n", fnx::lgh::Add(1, 2));
    return 0;
}

// Stack.h
#pragma once
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdbool.h>
#include<assert.h>
namespace fnx {
    typedef int STDataType;
    typedef struct Stack {
        STDataType* a;
        int top;
        int capacity;
    }ST;
    void STInit(ST* ps, int n);
    void STDestroy(ST* ps);
    void STPush(ST* ps, STDataType x);
    void STPop(ST* ps);
    STDataType STTop(ST* ps);
    int STSize(ST* ps);
    bool STEmpty(ST* ps);
}

// Stack.cpp
#include"Stack.h"
namespace fnx {
    void STInit(ST* ps, int n) {
        assert(ps);
        ps->a = (STDataType*)malloc(n * sizeof(STDataType));
        ps->top = 0;
        ps->capacity = n;
    }
    // 栈顶
    void STPush(ST* ps, STDataType x) {
        assert(ps);
        // 满了，扩容
        if (ps->top == ps->capacity) {
            printf("扩容\n");
            int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;
            STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, newcapacity * sizeof(STDataType));
            if (tmp == NULL) {
                perror("realloc fail");
                return;
            }
            ps->a = tmp;
            ps->capacity = newcapacity;
        }
        ps->a[ps->top] = x;
        ps->top++;
    }
    //...
}

// Queue.h
#pragma once
#include<stdlib.h>
#include<stdbool.h>
#include<assert.h>
namespace fnx {
    typedef int QDataType;
    typedef struct QueueNode {
        int val;
        struct QueueNode* next;
    }QNode;
    typedef struct Queue {
        QNode* phead;
        QNode* ptail;
        int size;
    }Queue;
    void QueueInit(Queue* pq);
    void QueueDestroy(Queue* pq);
    // 入队列
    void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);
    // 出队列
    void QueuePop(Queue* pq);
    QDataType QueueFront(Queue* pq);
    QDataType QueueBack(Queue* pq);
    bool QueueEmpty(Queue* pq);
    int QueueSize(Queue* pq);
}

// Queue.cpp
#include"Queue.h"
namespace fnx {
    void QueueInit(Queue* pq) {
        assert(pq);
        pq->phead = NULL;
        pq->ptail = NULL;
        pq->size = 0;
    }
    // ...
}

// test.cpp
#include"Queue.h"
#include"Stack.h"
// 全局定义了一份单独的 Stack
typedef struct Stack {
    int a[10];
    int top;
}ST;
void STInit(ST* ps){}
void STPush(ST* ps, int x){}
int main() {
    // 调用全局的
    ST st1;
    STInit(&st1);
    STPush(&st1, 1);
    STPush(&st1, 2);
    printf("%d\n", sizeof(st1)); 
    // 调用 fnx namespace 的
    fnx::ST st2;
    printf("%d\n", sizeof(st2));
    fnx::STInit(&st2);
    fnx::STPush(&st2, 1);
    fnx::STPush(&st2, 2);
    return 0;
}

#include<stdio.h>
namespace N {
    int a = 0;
    int b = 1;
}
int main() {
    // 编译报错：error C2065: 'a': 未声明的标识符
    printf("%d\n", a);
    return 0;
}

// 指定命名空间访问
int main() {
    printf("%d\n", N::a);
    return 0;
}

// using 将命名空间中某个成员展开
using N::b;
int main() {
    printf("%d\n", N::a);
    printf("%d\n", b);
    return 0;
}

// 展开命名空间中全部成员
using namespace N;
int main() {
    printf("%d\n", a);
    printf("%d\n", b);
    return 0;
}

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
    int a = 0;
    double b = 0.1;
    char c = 'x';
    cout << a << " " << b << " " << c << endl;
    std::cout << a << " " << b << " " << c << std::endl;
    scanf("%d%lf", &a, &b);
    printf("%d %lf\n", a, b);
    // 可以自动识别变量的类型
    cin >> a;
    cin >> b >> c;
    cout << a << endl;
    cout << b << " " << c << endl;
    return 0;
}

#include<iostream>
using namespace std;
int main() {
    // 在 io 需求比较高的地方，如部分大量输入的竞赛题中，加上以下 3 行代码
    // 可以提高 C++IO 效率
    ios_base::sync_with_stdio(false);
    cin.tie(nullptr);
    cout.tie(nullptr);
    return 0;
}

#include <iostream>
#include <assert.h>
using namespace std;
void Func(int a = 0) {
    cout << a << endl;
}
int main() {
    Func(); // 没有传参时，使用参数的默认值
    Func(10); // 传参时，使用指定的实参
    return 0;
}

#include<iostream>
using namespace std;
// 全缺省
void Func1(int a = 10, int b = 20, int c = 30) {
    cout << "a = " << a << endl;
    cout << "b = " << b << endl;
    cout << "c = " << c << endl << endl;
}
// 半缺省
void Func2(int a, int b = 10, int c = 20) {
    cout << "a = " << a << endl;
    cout << "b = " << b << endl;
    cout << "c = " << c << endl << endl;
}
int main() {
    Func1();
    Func1(1);
    Func1(1, 2);
    Func1(1, 2, 3);
    Func2(100);
    Func2(100, 200);
    Func2(100, 200, 300);
    return 0;
}

// Stack.h
#include <iostream>
#include <assert.h>
using namespace std;
typedef int STDataType;
typedef struct Stack {
    STDataType* a;
    int top;
    int capacity;
}ST;
void STInit(ST* ps, int n = 4);

// Stack.cpp
#include"Stack.h"
// 缺省参数不能声明和定义同时给
void STInit(ST* ps, int n) {
    assert(ps && n > 0);
    ps->a = (STDataType*)malloc(n * sizeof(STDataType));
    ps->top = 0;
    ps->capacity = n;
}

// test.cpp
#include"Stack.h"
int main() {
    ST s1;
    STInit(&s1); // 确定知道要插入 1000 个数据，初始化时一把开好，避免扩容
    ST s2;
    STInit(&s2, 1000);
    return 0;
}

#include<iostream>
using namespace std;
// 1、参数类型不同
int Add(int left, int right) {
    cout << "int Add(int left, int right)" << endl;
    return left + right;
}
double Add(double left, double right) {
    cout << "double Add(double left, double right)" << endl;
    return left + right;
}
// 2、参数个数不同
void f() {
    cout << "f()" << endl;
}
void f(int a) {
    cout << "f(int a)" << endl;
}
// 3、参数类型顺序不同
void f(int a, char b) {
    cout << "f(int a,char b)" << endl;
}
void f(char b, int a) {
    cout << "f(char b, int a)" << endl;
}
// 返回值不同不能作为重载条件，因为调用时也无法区分
//void fxx() {}
//int fxx() { return 0; }
// 下面两个函数构成重载
// f() 但是调用时，会报错，存在歧义，编译器不知道调用谁
void f1() {
    cout << "f()" << endl;
}
void f1(int a = 10) {
    cout << "f(int a)" << endl;
}
int main() {
    Add(10, 20);
    Add(10.1, 20.2);
    f();
    f(10);
    f(10, 'a');
    f('a', 10);
    return 0;
}

#include<iostream>
using namespace std;
int main() {
    int a = 0;
    // 引用：b 和 c 是 a 的别名
    int& b = a;
    int& c = a;
    // 也可以给别名 b 取别名，d 相当于还是 a 的别名
    int& d = b;
    ++d; // 这里取地址我们看到是一样的
    cout << &a << endl;
    cout << &b << endl;
    cout << &c << endl;
    cout << &d << endl;
    return 0;
}

#include<iostream>
using namespace std;
int main() {
    int a = 10;
    // 编译报错：'ra': 必须初始化引用
    //int& ra;
    int& b = a;
    int c = 20;
    // 这里并非让 b 引用 c，因为 C++ 引用不能改变指向，
    // 这里是一个赋值
    b = c;
    cout << &a << endl;
    cout << &b << endl;
    cout << &c << endl;
    return 0;
}

void Swap(int& rx, int& ry) {
    int tmp = rx;
    rx = ry;
    ry = tmp;
}
int main() {
    int x = 0, y = 1;
    cout << x << " " << y << endl;
    Swap(x, y);
    cout << x << " " << y << endl;
    return 0;
}

#include<iostream>
using namespace std;
typedef int STDataType;
typedef struct Stack {
    STDataType* a;
    int top;
    int capacity;
}ST;
void STInit(ST& rs, int n = 4) {
    rs.a = (STDataType*)malloc(n * sizeof(STDataType));
    rs.top = 0;
    rs.capacity = n;
}
// 栈顶
void STPush(ST& rs, STDataType x) {
    assert(rs);
    // 满了，扩容
    if (rs.top == rs.capacity) {
        printf("扩容\n");
        int newcapacity = rs.capacity == 0 ? 4 : rs.capacity * 2;
        STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(rs.a, newcapacity * sizeof(STDataType));
        if (tmp == NULL) {
            perror("realloc fail");
            return;
        }
        rs.a = tmp;
        rs.capacity = newcapacity;
    }
    rs.a[rs.top] = x;
    rs.top++;
}
// int STTop(ST& rs)
int& STTop(ST& rs) {
    assert(rs.top > 0);
    return rs.a[rs.top];
}
int main() {
    // 调用全局的
    ST st1;
    STInit(st1);
    STPush(st1, 1);
    STPush(st1, 2);
    cout << STTop(st1) << endl;
    STTop(st1) += 10;
    cout << STTop(st1) << endl;
    return 0;
}

#include<iostream>
using namespace std;
typedef struct SeqList {
    int a[10];
    int size;
}SLT;
// 一些主要用 C 代码实现版本数据结构教材中，使用 C++ 引用替代指针传参，目的是简化程序，避开复杂的指针，但是很多同学没学过引用，导致一头雾水。
void SeqPushBack(SLT& sl, int x) {}
typedef struct ListNode {
    int val;
    struct ListNode* next;
}LTNode, *PNode;
// 指针变量也可以取别名，这里 LTNode*& phead 就是给指针变量取别名
// 这样就不需要用二级指针了，相对而言简化了程序
//void ListPushBack(LTNode** phead, int x)
//void ListPushBack(LTNode*& phead, int x)
void ListPushBack(PNode& phead, int x) {
    PNode newnode = (PNode)malloc(sizeof(LTNode));
    newnode->val = x;
    newnode->next = NULL;
    if (phead == NULL) {
        phead = newnode;
    } else {
        //...
    }
}
int main() {
    PNode plist = NULL;
    ListPushBack(plist, 1);
    return 0;
}

int main() {
    const int a = 10;
    // 编译报错：error C2440: '初始化': 无法从'const int'转换为'int &'
    // 这里的引用是对 a 访问权限的放大
    //int& ra = a;
    // 这样才可以
    const int& ra = a;
    // 编译报错：error C3892: 'ra': 不能给常量赋值
    //ra++;
    // 这里的引用是对 b 访问权限的缩小
    int b = 20;
    const int& rb = b;
    // 编译报错：error C3892: 'rb': 不能给常量赋值
    //rb++;
    return 0;
}

#include<iostream>
using namespace std;
int main() {
    int a = 10;
    const int& ra = 30;
    // 编译报错: '初始化': 无法从'int'转换为'int &'
    // int& rb = a * 3;
    const int& rb = a*3;
    double d = 12.34;
    // 编译报错：'初始化': 无法从'double'转换为'int &'
    // int& rd = d;
    const int& rd = d;
    return 0;
}

#include<iostream>
using namespace std;
inline int Add(int x, int y) {
    int ret = x + y;
    ret += 1;
    ret += 1;
    ret += 1;
    return ret;
}
int main() {
    // 可以通过汇编观察程序是否展开
    // 有 call Add 语句就是没有展开，没有就是展开了
    int ret = Add(1, 2);
    cout << Add(1, 2) * 5 << endl;
    return 0;
}

#include<iostream>
using namespace std;
// 实现一个 ADD 宏函数的常见问题
//#define ADD(int a, int b) return a + b;
//#define ADD(a, b) a + b;
//#define ADD(a, b) (a + b)
// 正确的宏实现
#define ADD(a, b) ((a) + (b))
// 为什么不能加分号？
// 为什么要加外面的括号？
// 为什么要加里面的括号？
int main() {
    int ret = ADD(1, 2);
    cout << ADD(1, 2) << endl;
    cout << ADD(1, 2)*5 << endl;
    int x = 1, y = 2;
    ADD(x & y, x | y); // -> (x&y+x|y)
    return 0;
}

// F.h
#include <iostream>
using namespace std;
inline void f(int i);

// F.cpp
#include "F.h"
void f(int i) {
    cout << i << endl;
}

// main.cpp
#include "F.h"
int main() {
    // 链接错误：无法解析的外部符号 "void __cdecl f(int)" (?f@@YAXH@Z)
    f(10);
    return 0;
}

#ifndef NULL
#ifdef __cplusplus
#define NULL 0
#else
#define NULL ((void *)0)
#endif
#endif

#include<iostream>
using namespace std;
void f(int x) {
    cout << "f(int x)" << endl;
}
void f(int* ptr) {
    cout << "f(int* ptr)" << endl;
}
int main() {
    f(0); // 本想通过 f(NULL) 调用指针版本的 f(int*) 函数，但是由于 NULL 被定义成 0，调用了 f(int x)，因此与程序的初衷相悖。
    f(NULL);
    f((int*)NULL);
    // 编译报错：error C2665: 'f': 2 个重载中没有一个是能转换所有参数类型
    // f((void*)NULL);
    f(nullptr);
    return 0;
}

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