【C++】打开C++大门，踏入C++世界-Toy模板网

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【C++】打开C++大门，踏入C++世界

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☑️前言

🌀 由C语言到C++，这是一个即刺激又艰难的过程，说他刺激，是因为学会用C++后就不会再想用C语言，说他艰难，是因为C++是一门古老复杂的语言，很多工作多年的C++程序员都不敢说他精通C++（哈哈哈）。当然了，也别听到这些就被劝退了，C++经过了这么多年的发展，其语言的成熟度自然是有的，并且，如今世界主流的计算机语言当中依然有C++的身影，这就说明，C++这门语言是有他独特的风格来吸引人们的。
🌀 C++的运行速度很快，是因为C++比较接近底层。这也是C++受欢迎的优点之一。有人说，学好C++再去学其他任何语言都很容易上手，但学好其他语言就不一定了。

C++是在C的基础之上，容纳进去了面向对象编程思想，并增加了许多有用的库，以及编程范式等。熟悉C语言之后，对C++学习有一定的帮助，本章节主要目标：

补充C语言语法的不足，以及C++是如何对C语言设计不合理的地方进行优化的，比如：作用域方面、IO方面、函数方面、指针方面、宏方面等。

为后续类和对象学习打基础。

接下来就开始学习C++吧！

一. 浅看【C++】关键字

C++总计63个关键字，C语言32个关键字。几乎扩充了两倍，不过不要惊呼，后面复杂的还没来呢。

下面我们只是看一下C++有多少关键字，不对关键字进行具体的讲解。后面学到哪，哪有出现以后再细讲。

【C++】打开C++大门，踏入C++世界

二. 命名空间

在C/C++中，变量、函数和后面要学到的类都是大量存在的，这些变量、函数和类的名称将都存在于全局作用域中，可能会导致很多命名冲突。使用命名空间的目的是对标识符的名称进行本地化，以避免命名冲突或名字污染，namespace关键字的出现就是针对这种问题的。

问题案例：

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

// 这个自己定义的 rand 与库里面的冲突
int rand = 10;
// C语言没办法解决类似这样的命名冲突问题，所以 C++ 提出了 namespace 来解决

int main()
{
 	printf("%d\n", rand);
	return 0;
}

// 编译后报错：error: “rand”: 重定义；以前的定义是“函数”

1. 命名空间的定义👌

-> 定义命名空间，需要使用到namespace关键字，后面跟命名空间的名字，然后接一对{}即可，{}中即为命名空间的成员。

// 1. my_space 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 my_space
{
	// 命名空间中可以定义变量/函数/类型
	// 变量
	int a = 100;
	int b = 200;
	int rand = 0;
	
	// 函数
	void swap(int* x, int* y)
	{
		int tmp = *x;
		*x = *y;
		*y = tmp;
	}
	
	// 类型
	struct student
	{
		char name[20];
		int age;
		......
	};
}

// 2. 命名空间可以嵌套
namespace N1
{
	int a;
	int b;
	
	int Add(int left, int right)
	{
    	return left + right;
 	}
 	
	namespace N2
 	{
     	int c;
     	int d;
     	
     	int Sub(int left, int right)
     	{
         	return left - right;
     	}
 	}
}

// 3. 同一个工程中允许存在多个相同名称的命名空间,编译器最后会合成同一个命名空间中。
// 一个工程中（可以在不同文件）的两个 my_space 会被合并成一个,例如下面的 my_space 命名空间会与第一个命名空间合并
namespace my_space 
{
	int a = 100;
	int b = 200;
	
	void print(int a, int b)
	{
		printf("%d-%d\n", a, b);
		//cout << a << ' ' << b << endl;
	}
}

注意：一个命名空间就定义了一个新的作用域，命名空间中的所有内容都局限于该命名空间中

2. 命名空间的使用👌

那么命名空间中成员该如何使用呢？

例如：

namespace my_space
{
	// 命名空间中可以定义变量/函数/类型
	// 变量
	int a = 100;
	int b = 200;
	int rand = 0;
	
	// 函数
	void swap(int* x, int* y)
	{
		int tmp = *x;
		*x = *y;
		*y = tmp;
	}
	
	// 类型
	struct student
	{
		char name[20];
		int age;
		......
	};
}

int main()
{
	// 这样是不行的，因为 a 处在 my_space 命名空间中，被围起来了
	//printf("%d\n", a);
	
	// 需要这样
	printf("%d\n", my_space::a); // 表示 a 是属于 my_space 这个命名空间里面的变量	
		
	return 0;
}

【命名空间使用的三种方式】

首先认识一下作用域限定符：

⭐作用域限定符【::】：表示指定作用域，例如my_space::a表明a是my_space这个作用域当中的，在my_space这个作用域里面去找a。默认::a指的是在全局域去找a。

加命名空间名称及作用域限定符

使用上面my_space命名空间为例。

int main()
{
	// 
	printf("%d-%d\n", my_space::a, my_space::b);

	return 0;
}

使用 using 将命名空间中某个成员引入

using my_space::b;

int main()
{
	printf("%d\n", my_space::a);
	// 可直接使用 b ，因为 b 在全局域被展开
	printf("%d\n", b);

	return 0;
}

使用 using namespace 命名空间名称引入

// 直接将 my_space 命名空间在全局域展开，相当于推翻了 my_space 命名空间域的围墙
using namespace my_space;

int main()
{
	// 当然还是可以 my_space::a 这样写
	printf("%d-%d\n", a, b);
	struct student s1;
	......
	
	return 0;
}

三. 【C++】输入输出(IO)

C++在输入输出上独自弄了自己的一套，可能是祖师爷觉得C语言的输入输出写起来不方便，又或是其他原因，反正C++的输入输出是一个类，对其进行了封装，重载等等(这里不讲解)。

那么如何来使用呢？如下：

#include<iostream>

// std 是 C++ 标准库的命名空间名，C++ 将标准库的定义实现都放到这个命名空间中
using namespace std;

int main()
{
	cout << "Hello world!!!" << endl;
	
	return 0;
}

说明：

使用cout标准输出对象(控制台)和cin标准输入对象(键盘)时，必须包含<iostream>头文件以及按命名空间使用方法使用std。
cout和cin是全局的流对象，endl是特殊的C++符号，表示换行输出，他们都包含在包含 <iostream> 头文件中。
<<是流插入运算符，>>是流提取运算符。
使用C++输入输出更方便，不需要像printf / scanf输入输出时那样，需要手动控制格式。C++的输入输出可以自动识别变量类型。
实际上cout和cin分别是ostream和istream类型的对象，>>和<<也涉及运算符重载等知识，这些知识博主后续给大家讲解学习，所以这里只需要简单学习他们的使用。后面本小白还有一个章节更深入的学习IO流用法及原理。

【注意】：早期标准库将所有功能在全局域中实现，声明在.h后缀的头文件中，使用时只需包含对应头文件即可，后来将其实现在std命名空间下，为了和C头文件区分，也为了正确使用命名空间，规定C++头文件不带.h；旧编译器(vc 6.0)中还支持<iostream.h>格式，后续编译器已不支持，因此推荐使用<iostream> + std的方式。

对于输入输出自动识别类型，这可以说设计的非常棒，如下：

#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
   int a;
   double b;
   char c;
     
   // 可以自动识别变量的类型
   cin >> a;
   cin >> b >> c;
     
   // 打印只需写变量名即可，cout 会自动推导类型并对应打印在显示器上
   cout << a << endl;
   cout << b << ' ' << c << endl;
   
   return 0;
}

#include <iostream>

using std::cout;
using std::cin;
using std::endl;

int main()
{
	int a = 100;
	double f = 3.14;
	char ch = 'A';

	cout << a << ' ' << f << ' ' << ch << endl;

	return 0;
}

运行结果：

【看这里】：关于 cout和cin还有很多更复杂的用法，比如控制浮点数输出精度，控制整形输出进制格式等等。因为C++兼容C语言的用法，这些又用得不是很多，这里就不展开讲解了。后续有需要，大家可以配合文档学习。

⭐ std命名空间的使用惯例：

std是C++标准库的命名空间，如何展开std使用更合理呢？

在日常练习中，建议直接using namespace std即可，这样就很方便。
using namespace std展开，标准库就全部暴露出来了，如果我们定义跟库重名的类型 / 对象 / 函数，就存在冲突问题。该问题在日常练习中很少出现，但是项目开发中代码较多、规模大，就很容易出现。所以建议在项目开发中，使用像std::cout这样指定命名空间 + using std::cout展开常用的库对象 / 类型等方式。

例如：

#include <iostream>

// using std::(......)
using std::cout;
using std::endl;

int main()
{
	int a = 100;
	double f = 3.14;
	char ch = 'A';

	int b = 0, c = 0;

	// std::(......)
	std::cin >> b >> c;

	cout << a << ' ' << f << ' ' << ch << endl;

	return 0;
}

四. 缺省参数

1. 缺省参数的概念🏆

【概念】：缺省参数是声明或定义函数时为函数的参数指定一个缺省值。在调用该函数时，如果没有指定实参则采用该形参的缺省值，否则使用指定的实参。

例如：

#include <iostream>

using std::cout;
using std::endl;

// a 的缺省值为 0，如果没有显示传参，那么 a 就是 0
// 显示传参了 a 就是那个传过来的参数的值
// 相当于 0 是 a 的备胎！
void func(int a = 0)
{
	cout << a << endl;
}

int main()
{
	func(); // 打印 0  // 没有传参
	func(10); // 打印 10 // 显示传递 10 给 a   

	return 0;  
}

2. 缺省参数的分类🏆

全缺省参数

全缺省参数就是函数的每个形参都给一个缺省值，例如：

#include <iostream>

using std::cout;
using std::endl;

// 全缺省，每个形参都给个缺省参数 
void func(int a = 1, int b = 2, int c = 3)
{
	cout << a << ' ' << b << ' ' << c << endl;
}

int main()
{
	func(); // 打印 1 2 3
	func(9, 99, 999); // 打印 9 99 999 

	// 当然也可以这样传递
	func(11);
	// 这个 11 是形参 a 的实参 ，所以此时打印 11 2 3，
	// b 和 c 没有显示传递就使用缺省值
	// 值得注意的是，实参传递规定是从左到右传递，不能像这样传递(规定不行)：func(11,  , 33);
	
	// 这样也行
	func(11, 22); // 道理相同，打印 11 22 3

	return 0;
}

半缺省参数

半缺省就是函数形参的缺省值从右到左连续不给完，例如：

#include <iostream>

using std::cout;
using std::endl;

// 半缺省，缺省值从右到左连续不给完，a 没有缺省值，所以一定要显示传递一个参数给 a 
void func(int a, int b = 10, int c = 20)
{
	cout << a << ' ' << b << ' ' << c << endl;
}

// 这样也是半缺省
void func1(int a, int b, int c = 10)
{
	cout << a << ' ' << b << ' ' << c;
}

// 为什么要从右到左连续设置缺省值呢？(规定)
// 如果不是从右到左，如下：
// 这样使用 func2 时，调用就会有歧义.............
/*void func2(int a = 10, int b, int c = 20)
{

}*/

int main()
{
	// 至少传递一个参数，第一个参数是给 a 的。
	// 后面不传使用缺省值
	func(10); 
	// 打印 10 10 20

	// 这样也可以
	// b 也显示传了，使用显示传的值，c 照样使用缺省值
	func(10, 200);
	// 打印 10 200 20

	// 这样一样可以
	// 相当于都显示传了
	func(9, 99, 999);
	// 打印 9 99 999

	return 0;
}

注意

半缺省参数必须从右往左依次来给出，不能间隔着给。
缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现，如下会出现的问题：

// test.h
void Func(int a = 10);
  
// test.cpp
void Func(int a = 20)
{}

// 如果声明与定义位置同时出现，恰巧两个位置提供的值不同，那编译器就无法确定到底该用那个缺省值。
// 一般，只在声明给缺省参数值，在声明给缺省值后，定义就不能给缺省值了。

缺省值必须是常量或者全局变量。
C语言不支持（编译器不支持）。

五. 函数重载

自然语言中，一个词可以有多重含义，人们可以通过上下文来判断该词真实的含义，即该词被重载了。

比如： 以前有一个笑话，国有两个体育项目大家根本不用看，也不用担心。一个是乒乓球，一个是男足。前者是 “ 谁也赢不了！”，后者是 “ 谁也赢不了！“。

1. 函数重载的概念✌️

【函数重载】：是函数的一种特殊情况，C++允许在同一作用域中声明几个功能类似的同名函数，这些同名函数的形参列表(参数个数或类型或类型顺序)不同，常用来处理实现功能类似数据类型不同的问题。

函数重载可以提高代码的可读性和复用性，让程序员在保持函数名称不变的前提下，根据不同的参数类型和个数，实现不同的功能，避免了函数名称过长或重复的问题。

例如：

在下面的代码中，定义了两个名为Add的函数，但他们有不同的参数类型：

#include <iostream>

using namespace std;

// 参数类型不同
int Add(int a, int b)
{
	return a + b;
}

double Add(double a, double b)
{
	return a + b;
}

int main()
{
	int a = 10, b = 20;
	double d1 = 3.14, d2 = 13.14;

	cout << Add(a, b) << endl;
	cout << Add(d1, d2) << endl;

	return 0;
}

第一个函数接受两个整数参数并返回它们的和。第二个函数接受两个double类型参数并返回它们的和。虽然这两个函数都叫做Add，但由于它们带有不同类型的参数，因此编译器可以区分它们，并在调用时根据传递给它们的参数类型选择合适的函数。例如:

上面的Add(a, b)调用第一个Add函数，Add(d1, d2) 调用第二个Add函数。

【注意】：在C++中，仅仅依据返回值类型无法实现重载。例如下面这段代码是非法的:

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

double Add(int a, int b)   // 编译错误! 与前面已有定义冲突
{
	return (double)(a + b);
}

因为函数重载必须依据参数列表的不同来实现。

参数个数和参数类型顺序不同：

// 参数个数不同
void f()
{
 	cout << "f()" << endl;
}

void f(int a)
{
	cout << "f(int)" << endl;
}

// 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;
}

int main()
{
 	f(); // 打印 f()
 	f(10); // 打印 f(int)

 	f(10, 'a'); // 打印 f(int a, char b)
	f('a', 10); // 打印 f(char b, int a)
	
 	return 0;
}

2. 【C++】支持函数重载的原理—名字修饰【了解即可】✌️

为什么C++支持函数重载，而C语言不支持函数重载呢?

在C/C++中，一个程序要运行起来，需要经历以下几个阶段：预处理、编译、汇编、链接。

【C++】打开C++大门，踏入C++世界

实际项目通常是由多个头文件和多个源文件构成，而通过C语言阶段学习的编译链接，我们可以知道，【当a.cpp中调用了b.cpp中定义的Add函数时】，编译后链接前，a.o的目标文件中没有Add的函数地址，因为Add是在b.cpp中定义的，所以Add的地址在b.o中。那么怎么办呢？
所以链接阶段就是专门处理这种问题，链接器看到a.o调用Add，但是没有Add的地址，就会到b.o的符号表中找Add的地址，然后链接到一起。
那么链接时，面对Add函数，链接接器会使用哪个名字去找呢？这里每个编译器都有自己的函数名修饰规则。
由于Windows下vs的修饰规则过于复杂，而Linux下g++的修饰规则简单易懂，下面我们使用g++演示这个修饰后的名字。
通过下面我们可以看出gcc的函数修饰后名字不变。而g++的函数修饰后变成【_Z+函数长度
+函数名+类型首字母】:

采用C语言编译器编译后结果：

【C++】打开C++大门，踏入C++世界

【结论】：在linux下，采用gcc编译完成后，函数名字的修饰没有发生改变。

采用C++编译器编译后结果：

【C++】打开C++大门，踏入C++世界

【结论】：在Linux下，采用g++编译完成后，函数名字的修饰发生改变，编译器将函数参数类型信息添加到修改后的名字中。

Windows下名字修饰规则

【C++】打开C++大门，踏入C++世界
对比Linux会发现，windows下vs编译器对函数名字修饰规则相对复杂难懂，但道理都是类似的，这里就不做细致的研究了。

【扩展学习】：C/C++函数调用约定和名字修饰规则–有兴趣好奇的同学可以看看，里面有对vs下函数名修饰规则讲解。【点此深入了解】

通过以上就理解了C语言没办法支持重载，因为同名函数没办法区分。而C++是通过函数修饰规则来区分，只要参数不同，修饰出来的名字就不一样，就支持了重载。
如果两个函数函数名和参数是一样的，返回值不同是不构成重载的，因为调用时编译器没办法区分。

六. 引用

1. 引用的概念🌟

引用不是新定义一个变量，而是给已存在变量取了一个别名，编译器不会为引用变量开辟内存空间，它和它引用的变量共用同一块内存空间。

比如：李逵，在家称为 “铁牛” ，江湖上人称 “黑旋风” 。

【格式】：类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体；

void test()
{
	int a = 10;
	int& ra = a; // 定义引用类型

	cout << a << endl;
	cout << ra << endl;
}
// a 和 ra 打印结果相同

int a = 10;
int &ref = a;

ref是a的引用，两个变量共享同一个存储空间。因此，对a的修改会同步体现在ref上，反之也是如此，例如：

a = 20;   // 修改 a 的值
cout << ref;  // 输出 20

【注意】：引用类型必须和引用实体是同种类型的。

2. 引用的特性🌟

引用（Reference）指的是一种特殊的变量类型，它是一种为已有变量起别名的方式。引用相当于一个变量的别名，与原变量共享同一个存储空间，对它的操作就等同于对原变量进行操作。引用除了一开始必须初始化指向某个对象外，不能再指向其它对象，也不能被重新赋值。

【特性】：

引用在定义时必须初始化
一个变量可以有多个引用
引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体

void test()
{
   	int a = 10;
   	// int& ra;   // 该条语句编译时会出错 // 必须要初始化
   	// a 可以有多个引用
   	int& ra = a;
   	int& rra = a;
	
	// 三个地址打印相同
   	printf("%p %p %p\n", &a, &ra, &rra);  
}

3. 常引用问题🌟

关于常引用问题，可以看我之前对这点写过的文章：【传送门】。

void test()
{
    const int a = 10;
   	//int& ra = a;   // 该语句编译时会出错，a为常量
   	const int& ra = a;
   	
    // int& b = 10; // 该语句编译时会出错，b为常量
    const int& b = 10;
    
    double d = 12.34;
    //int& rd = d; 
    // 该语句编译时会出错，类型不同
    // d 隐式类型转换生成临时变量，临时变量具有常性，因此需要 const 引用
    const int& rd = d;
}

4. 使用的场景🌟

对于函数的参数传递，引用可以用来在函数内部操作外部变量。使用引用可以不用传指针，避免了指针操作的延迟以及很多指针引发的问题。

例如，定义一个函数，使用引用作为参数来交换两个变量的值：


// 传统传址方式
// void swap(int *a, int *b) {
//     int temp = *a;
//     *a = *b;
//     *b = temp;
// }

// 传引用
void swap(int &a, int &b) {
    int temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

int main() {
    int x = 1, y = 2;
    swap(x, y);
    cout << x << " " << y;  // 输出 2 1
    return 0;
}

在函数中， a和b分别是x和y的引用，它们实际上就是x和y本身。通过引用，在函数内直接对原变量进行操作，实现了两个变量的交换。上面两个函数都可以实现两个整数的交换，但使用引用方式可以让代码更加简洁易读。

引用做返回值
返回静态变量的引用

int& Count()
{
	// 静态变量
  	static int n = 0;
  	n++;
  	
  	// ...
  	
  	// 静态变量可以做引用返回
  	// 因为静态变量存在静态区，函数结束后不销毁
   	return n;
}

下面代码输出什么结果？为什么？

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

int main()
{
	// ret 是函数中 c 的引用，但是函数结束后，c 就销毁了
    int& ret = Add(1, 2);
    
    Add(3, 4);
    cout << "Add(1, 2) is :"<< ret <<endl;
    
    return 0;
}

运行结果：
【C++】打开C++大门，踏入C++世界

【注意】：如果函数返回时，出了函数作用域，如果返回对象还在(还没还给系统)，则可以使用引用返回，如果已经还给系统了，则必须使用传值返回。

5. 引用的好处🌟

以值作为参数或者返回值类型，在传参和返回期间，函数不会直接传递实参或者将变量本身直接返回，而是传递实参或者返回变量的一份临时的拷贝，因此用值作为参数或者返回值类型，效率是非常低下的，尤其是当参数或者返回值类型非常大时，效率就更低。

5.1. 传值与传引用性能比较🌟

#include <iostream>
#include <time.h>

using namespace std;

struct A
{
 	int a[10000]; 
};

void TestFunc1(A a)
{}

void TestFunc2(A& a)
{}

void TestRefAndValue()
{
 	A a;
 	
 	// 以值作为函数参数
 	size_t begin1 = clock();
 	for (size_t i = 0; i < 10000; ++i)
 	TestFunc1(a);
 	size_t end1 = clock();
 	
 	// 以引用作为函数参数
 	size_t begin2 = clock();
 	for (size_t i = 0; i < 10000; ++i)
 	TestFunc2(a);
 	size_t end2 = clock();
 	
	// 分别计算两个函数运行结束后的时间
 	cout << "TestFunc1(A)-time:" << end1 - begin1 << endl;
 	cout << "TestFunc2(A&)-time:" << end2 - begin2 << endl;
}

int main()
{
    TestRefAndValue();

    return 0;
}

【C++】打开C++大门，踏入C++世界

5.2. 值返回和引用返回性能比较🌟

#include <iostream>
#include <time.h>

using namespace std;

struct A{ int a[10000]; };

A a;

// 值返回
A TestFunc1() { return a;}

// 引用返回
A& TestFunc2(){ return a;}

void TestReturnByRefOrValue()
{
 	// 以值作为函数的返回值类型
 	size_t begin1 = clock();
 	for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)
 		TestFunc1();
 	size_t end1 = clock();
 	
 	// 以引用作为函数的返回值类型
 	size_t begin2 = clock();
 	for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)
 		TestFunc2();
 	size_t end2 = clock();
 	
 	// 计算两个函数运算完成之后的时间
 	cout << "TestFunc1 time:" << end1 - begin1 << endl;
 	cout << "TestFunc2 time:" << end2 - begin2 << endl;
}

int main()
{
	TestReturnByRefOrValue();
	
	return 0;
}

运行结果：
【C++】打开C++大门，踏入C++世界

通过上述代码的比较，发现传值和引用在作为传参以及返回值类型上效率相差很大。因此，我们在后面写代码的过程中，能用引用就用引用。

6. 指针和引用的区别🌟

在语法概念上引用就是一个别名，没有独立空间，和其引用实体共用同一块空间。

int main()
{
	int a = 10;
	int& ra = a;
	
	// 打印相同
	cout<<"&a = "<< &a <<endl; 
	cout<<"&ra = "<< &ra <<endl;
	
	return 0;
}

在底层实现上实际是有空间的，因为引用是按照指针方式来实现的。

int main()
{
	int a = 10;
	int& ra = a;
	
	// 引用改值
	ra = 20;
	
	// 指针改值
	int* pa = &a;
	*pa = 20;
	
	return 0;
}

我们来看下引用和指针的汇编代码对比：

可以看到，引用和指针的汇编都是一样的，所以引用的底层就是相当于一个指针。

引用和指针的不同点:

引用概念上定义一个变量的别名，指针存储一个变量地址；
引用在定义时必须初始化，指针没有要求；
引用在初始化时引用一个实体后，就不能再引用其他实体，而指针可以在任何时候指向任何一个同类型实体；
没有NULL引用，但有NULL指针；
在sizeof中含义不同：引用结果为引用类型的大小，但指针始终是地址空间所占字节个数(32位平台下占4个字节)；
引用自加即引用的实体增加1，指针自加即指针向后偏移一个类型的大小；
有多级指针，但是没有多级引用；
访问实体方式不同，指针需要显式解引用，引用编译器自己处理；
引用比指针使用起来相对更安全。

七. 内联函数

1. 内联函数的概念🧑‍🎓

【概念】：内联函数是一种函数调用方式，它的目的是提高程序的执行速度。内联函数的特点是在编译器的编译过程中将函数的代码拷贝到调用处，而不是通过函数调用的方式来执行。这种方式可以避免函数调用的时间和资源开销，提高程序的效率。

内联函数在 C++ 中可以通过在函数声明前加上关键字 inline 来定义。在定义内联函数的时候需要注意以下几点：

内联函数通常用于执行简单的任务，如果函数体过长，编译器可能会忽略 inline 关键字。
内联函数不能被递归调用。
内联函数通常包含在头文件中，这样可以在多个源文件中使用。

总体来说，内联函数在应对一些简单的操作时非常有用，能够提高程序的运行效率，但也需要注意函数体的长度以及适用场景。

从汇编代码的角度来看，正常的函数：

【C++】打开C++大门，踏入C++世界

如果在上述函数前增加inline关键字将其改成内联函数，在编译期间编译器会用函数体替换函数的调用。

【查看方式】：

在release模式下，查看编译器生成的汇编代码中是否存在call Add。
在debug模式下，需要对编译器进行设置，否则不会展开(因为debug模式下，编译器默认不会对代码进行优化，以下给出vs的设置方式)。

【C++】打开C++大门，踏入C++世界

改为内联函数汇编代码如下：
（可以看到没有call ......，而是直接在调用位置展开）

【C++】打开C++大门，踏入C++世界

2. 内联函数的特性🧑‍🎓

inline是一种以空间换时间的做法，如果编译器将函数当成内联函数处理，在编译阶段，会用函数体替换函数调用，缺陷：可能会使目标文件变大，优势：少了调用开销，提高程序运行效率。
inline对于编译器而言只是一个建议，不同编译器关于inline实现机制可能不同，一般建议：将函数规模较小(即函数不是很长，具体没有准确的说法，取决于编译器内部实现)、不是递归、且频繁调用的函数采用inline修饰，否则编译器会忽略inline特性。
inline不建议声明和定义分离，分离会导致链接错误。因为inline被展开，就没有函数地址了，链接就会找不到。

// 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()
{
 	f(10);
 	return 0;
}

// 程序运行会有类似以下的错误：
// 链接错误：main.obj : error LNK2019: 无法解析的外部符号 "void __cdecl 
// f(int)" (?f@@YAXH@Z)，该符号在函数 _main 中被引用

有关宏的相关面试题（宏与内联相像）：

【宏的优缺点】？

【优点】：

增强代码的复用性。
提高性能。

【缺点】：

不方便调试宏。（因为预编译阶段进行了替换）
导致代码可读性差，可维护性差，容易误用。
没有类型安全的检查。

【C++有哪些技术替代宏】？

常量定义换用const enum。
短小函数定义换用内联函数。

八. 【C++11】auto 关键字

1. 类型别名思考⭐

随着程序越来越复杂，程序中用到的类型也越来越复杂，经常体现在：

类型难于拼写。
含义不明确导致容易出错。

例如下面代码：

#include <iostream>
#include <string>
#include <map>

using namespace std;

int main()
{
 	std::map<std::string, std::string> m{ { "apple", "苹果" }, { "orange", 
"橙子" }, {"pear","梨"} };

 	std::map<std::string, std::string>::iterator it = m.begin();
 	
 	while (it != m.end())
 	{
 		//....
 	}
 	
 	return 0;
}

std::map<std::string, std::string>::iterator 是一个类型，但是该类型太长了，特别容易写错。聪明的同学可能已经想到：可以通过typedef给类型取别名，比如：

#include <iostream>
#include <string>
#include <map>

using namespace std;

typedef std::map<std::string, std::string> Map;

int main()
{
 	Map m{ { "apple", "苹果" },{ "orange", "橙子" }, {"pear","梨"} };
 	Map::iterator it = m.begin();
 	
 	while (it != m.end())
 	{
 		//....
 	}
 	
 	return 0;
}

使用typedef给类型取别名确实可以简化代码，但是typedef又会遇到新的难题：

typedef char* pstring;

int main()
{
 	const pstring p1;    // 编译成功还是失败？
 	const pstring* p2;   // 编译成功还是失败？
 	
 	return 0;
}

在编程时，常常需要把表达式的值赋值给变量，这就要求在声明变量的时候清楚地知道表达式的类型。然而有时候要做到这点并非那么容易，因此C++11给auto赋予了新的含义。

2. auto 简介⭐

在早期C/C++中auto的含义是：使用auto修饰的变量，是具有自动存储器的局部变量，但遗憾的是一直没有人去使用它，大家可思考下为什么？

C++11中，标准委员会赋予了auto全新的含义即：auto不再是一个存储类型指示符，而是作为一个新的类型指示符来指示编译器，auto声明的变量必须由编译器在编译时期推导而得。

int TestAuto()
{
	return 10;
}

int main()
{
	int a = 10;
	auto b = a;
	auto c = 'a';
	auto d = TestAuto();
	
	// typeid(变量名).name(): 得出变量类型	
	cout << typeid(b).name() << endl; // int
	cout << typeid(c).name() << endl; // char
	cout << typeid(d).name() << endl; // int
	
	//auto e; 无法通过编译，使用auto定义变量时必须对其进行初始化
	
	return 0;
}

【注意】：使用auto定义变量时必须对其进行初始化，在编译阶段编译器需要根据初始化表达式来推导auto的实际类型。因此auto并非是一种 “类型” 的声明，而是一个类型声明时的 “占位符” ，编译器在编译期会将auto替换为变量实际的类型。

3. auto 的使用规则⭐

auto与指针和引用结合起来使用：用auto声明指针类型时，用auto和auto*没有任何区别，但用auto声明引用类型时则必须加&。

如下使用：

int main()
{
    int x = 10;
    auto a = &x;
    auto* b = &x;
    auto& c = x;
    
    cout << typeid(a).name() << endl; // int * __ptr64
    cout << typeid(b).name() << endl; // int * __ptr64
    cout << typeid(c).name() << endl; // int

    *a = 20;
    cout << x << endl; // 20

    *b = 30;
    cout << x << endl; // 30

    c = 40;
    cout << x << endl; // 40
       
    return 0;
}

在同一行定义多个变量：当在同一行声明多个变量时，这些变量必须是相同的类型，否则编译器将会报错，因为编译器实际只对第一个类型进行推导，然后用推导出来的类型定义其他变量。

void test()
{
    auto a = 1, b = 2; 
    auto c = 3, d = 4.0;  // 该行代码会编译失败，因为c和d的初始化表达式类型不同
}

4. auto 不能推导的场景⭐

auto不能作为函数的参数:

// 此处代码编译失败，auto不能作为形参类型，因为编译器无法对a的实际类型进行推导
void test(auto a)
{}

auto不能直接用来声明数组:

void test()
{
    int a[] = {1,2,3};
    auto b[] = {4，5，6}; // 这是不行的
}

为了避免与C++98中的auto发生混淆，C++11只保留了auto作为类型指示符的用法。
auto在实际中最常见的优势用法就是跟后面的C++11提供的新式for循环，还有lambda表达式等进行配合使用。

九. 【C++11】基于范围的 for 循环

1. 范围 for 的语法🧀

在C++98中如果要遍历一个数组，可以按照以下方式进行：

void test()
{
	int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
	
	for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++i)
     	array[i] *= 2;
     	
	for (int* p = array; p < array + sizeof(array)/ sizeof(array[0]); ++p)
     	cout << *p << endl;
}

对于一个有范围的集合而言，由程序员来说明循环的范围是多余的，有时候还会容易犯错误。因此C++11中引入了基于范围的for循环。for循环后的括号由冒号“ ：”分为两部分：第一部分是范围内用于迭代的变量，第二部分则表示被迭代的范围。

void test()
{
	int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
	
	// auto自动推到类型为 int ，然后 & 引用改数组的元素
	// e 就是数组元素的引用
	// 自动遍历数组取值
	for(auto& e : array)
     	e *= 2;  // 如果是引用就可以修改数组的值，不是引用的修改影响不了数组
    
    // 打印 	
	for(auto e : array)
     	cout << e << " ";
     	
	return 0;
}

【注意】：与普通循环类似，可以用continue来结束本次循环，也可以用break来跳出整个循环。

2. 范围 for 的使用条件🧀

for循环迭代的范围必须是确定的：对于数组而言，就是数组中第一个元素和最后一个元素的范围；对于类而言，应该提供begin和end的方法，begin和end就是for循环迭代的范围。

【注意】：以下代码就有问题，因为for的范围不确定

void test(int array[])
{
    for(auto& e : array)
        cout<< e <<endl;
}

迭代的对象要实现++和==的操作。(关于迭代器这个问题，后面再涉及，这里不做讲解，现在知道这个不行就ok啦)。

十. 【C++11】指针空值 nullptr

C++98中的指针空值

在良好的C/C++编程习惯中，声明一个变量时最好给该变量一个合适的初始值，否则可能会出现不可预料的错误，比如未初始化的指针。如果一个指针没有合法的指向，我们基本都是按照如下方式对其进行初始化：

void test()
{
	int* p1 = NULL;
	int* p2 = 0;
	// ……
}

NULL实际是一个宏，在传统的C头文件(stddef.h)中，可以看到如下代码：

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

可以看到，NULL可能被定义为字面常量0，或者被定义为无类型指针(void*)的常量。不论采取何种定义，在使用空值的指针时，都不可避免的会遇到一些麻烦，比如：

void f(int)
{
 	cout<<"f(int)"<<endl;
}

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

int main()
{
 	f(0);
 	f(NULL);
 	f((int*)NULL);
 	
 	return 0;
}

程序本意是想通过f(NULL)调用指针版本的f(int*)函数，但是由于NULL被定义成0，因此与程序的初衷相悖。

在C++98中，字面常量0既可以是一个整形数字，也可以是无类型的指针(void*)常量，但是编译器默认情况下将其看成是一个整形常量，如果要将其按照指针方式来使用，必须对其进行强转(void*) 0，所以C++11引入了一个新关键字表示空：nullptr。

C++11中的指针空值

在使用 nullptr 表示指针空值时，不需要包含头文件，因为nullptr是C++11作为新关键字引入的。
在C++11中，sizeof(nullptr) 与 sizeof((void*)0)所占的字节数相同。
为了提高代码的健壮性，在后续表示指针空值时建议最好使用nullptr。

☑️写在最后

💝本章介绍的知识有：关键字概述，命名空间，输入输出，缺省参数，引用，内联函数，auto关键字，范围for，nullptr空值。这些知识大多是补充了一些C语言的缺陷，让我们在写代码的时候能够更加轻松的应对一些不同的代码需求，当然，这些知识在后面也会反复的用到，马上就要进入的类和对象就需要大量使用到本章的知识。因此，学好本章的知识是进入C++不可或缺的一步。

❤️‍🔥后续将会继续输出有关C++的文章，你们的支持就是我写作的最大动力！

感谢阅读本小白的博客，错误的地方请严厉指出噢~

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