【C++】（命名空间、输入和输出、缺省参数、函数重载、引用、内联函数)

一、命名空间

1.使用命名空间的目的

在C/C++中，变量、函数和类是大量存在的，这些变量、函数和类的名称如果都存在于全局作用域中，可能会导致很多冲突。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关键字就是针对这种问题的而产生的。

2.命名空间的定义

命名空间的定义，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。例如：

• 普通的命名空间

namespace my//命名空间名称
{
	 //命名空间的内容既可以定义变量，也可以定义函数
	 int a;
	 int Add(int x1, int x2)
	 {
	  return x1 + x2;
	 }
}

• 嵌套的命名空间

namespace my2 
{ 
	int a; 
	int Add(int x1, int x2)
 	{ 	
 		return x1 + x2; 
 	} //嵌套命名的空间 
	namespace my3
	{ 	
		int b; 
 		int Sub(int x1, int x2) 
 		{ return x1 - x2; 
 		} 
 	} 
 }
 

std::cout << A2::A3::b << std::endl;可以这么去访问嵌套的命名空间。

• 同一个工程中允许存在多个相同名称的命名空间 ,编译器后会合成到同一个命名空间中。

namespace my
{
	 int a;
	 int Add(int x1, int x2)
	 {
	  	return x1 + x2;
	 }
}
//编译器会将两个同名的命名空间合并在一起
namespace my
{
	 int Mul(int x1, int x2)
	 {
	  	return x1*x2;
	 }
}

3.命名空间的使用

• 加命名空间名称及作用域限定符

namespace my
{
	 int a=10;
	 int Add(int x1, int x2)
	 {
	  return x1 + x2;
 	}
}
int main()
{
	 //::表示作用域限定符,std是标准命名空间
	 std::cout << my::a << std::endl;
	 int ret = my::Add(1, 2);
	 std::cout << ret << std::endl;
	 return 0;
}

• 使用using将命名空间中成员引入

namespace my
{
	 int a = 10;
	 int b = 20;
	 int Mul(int x1, int x2)
	 {
	  	return x1*x2;
	 }
}
//使用using将命名空间中成员引入
using my::b;
int main()
{
	 std::cout << my::a << std::endl;
	 std::cout << b << std::endl;
	 return 0;
}

• 使用using namespace 命名空间名称引入

namespace my
{
	 int a=10;
	 int Add(int x1, int x2)
	 {
	  return x1 + x2;
	 }
}
using namespace my;
int main(){
	 std::cout << a << std::endl;
	 return 0;
}

二、输入输出

1.C++的第一个hello world程序

#include<iostream>
int main(){
	 std::cout << "hello world" << std::endl;
	 return 0;
}

或者可以之间将标准命名空间std展开：

#include<iostream>
using namespace std;
int main(){
	 cout << "hello world" << endl;
	 return 0;
}

但是如果面试官让你用C++写一个hello world，强烈建议第一种写法，因为第二种方法失去了命名空间的作用。

2.输入/输出说明

使用cout标准输出(控制台)和cin标准输入(键盘)时，必须包含< iostream >头文件以及std标准命名空间。

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 +std的方式。
使用C++输入输出更方便，不需增加数据格式控制。

#include<iostream>
using namespace std;
int main(){
	 int i;
	 char c;
	 double d;
	 //输入一个整型值
	 cin >> i;
	 //先输入c,后输入d
	 cin >> c >> d;
	 //输出d 空格 c
	 cout << d << "  " << c << endl;
	 //输出i
	 cout << i << endl;
	 return 0;
}

三、缺省参数

1.缺省参数概念

缺省参数是声明或定义函数时为函数的参数指定一个默认值。在调用该函数时，如果没有指定实参则采用该默认值，否则使用指定的实参。

#include<iostream>
using namespace std;
void TestFunc(int a = 5)
{
 	cout << a << endl;
}
int main()
{
	 TestFunc();//没有实参，采用默认参数值5
	 TestFunc(10);//实参为10，输出结果为10
	 return 0;
}

2.缺省参数分类

• 全缺省参数

void TestFunc1(int a = 0, int b = 1, int c = 2)
{
	 cout << "a=" << a << endl;
	 cout << "b=" << b << endl;
	 cout << "c=" << c << endl;
}

• 半缺省参数

void TestFunc2(int a, int b = 1, int c = 2)
{
	 cout << "a=" << a << endl;
	 cout << "b=" << b << endl;
	 cout << "c=" << c << endl;
}

3.一些要注意的地方

• 半缺省参数必须从左往右依次来给出，不能间隔着给

void TestFunc(int a, int b, int c=1)//yes
void TestFunc2(int a=1, int b, int c=1)//no

• 缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现

//a.h 
void TestFunc(int a = 10);
 
// a.c 
void TestFunc(int a = 20) 

注意：

• 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。

• 缺省值必须是常量或者全局变量，不能是变量

• C语言不支持

四、函数重载

1.函数重载概念

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、类型、顺序)必须不同，常用来处理实现功能类似数据类型不同的问题。

• Add属于函数重载

int Add(int x1, int x2)
{
 	return x1 + x2;
}
double Add(double d1, double d2)
{
 	return d1 + d2;
}

• Add不属于函数重载

//只有返回值类型不同
int Add(int x1, int x2)
{
 	return x1 + x2;
}
short Add(int x1, int x2)
{
 	return x1 + x2;
}

2.名字修饰(name Mangling）

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。
Name Mangling是一种在编译过程中，将函数、变量的名称重新改编的机制，简单来说就是编译器为了区分各个函数，将函数通过某种算法，重新修饰为一个全局唯一的名称。

• C语言的名字修饰规则非常简单，只是在函数名字前面添加了下划线, 比如，对于以下代码，链接的时候会出错：

#include<stdio.h>
int Add(int x1, int x2);
int main()
{
	 Add(1, 3);
	 return 0;
}

编译器会报错：

上述Add函数只给了声明没有给定义，因此在链接时就会报错，提示：在main函数中引用的Add函数找不到函数体。从报错结果中可以看到，C语言只是简单的在函数名前添加下划线。因此当工程中存在相同函数名的 函数时，就会产生冲突。
由于C++要支持函数重载，命名空间等，使得其修饰规则比较复杂，不同编译器在底层的实现方式可能都有差异。

#include<iostream>
using namespace std;
int Add(int x1, int x2);
double Add(double d1, double d2);
int main()
{
	 Add(1, 3);
	 Add(1.2, 2.4);
	 return 0;
}

编译器会报错：

通过上述错误可以看出，编译器实际在底层使用的不是Add名字，而是被重新修饰过的一个比较复杂的名 字，被重新修饰后的名字中包含了：函数的名字以及参数类型。这就是为什么函数重载中几个同名函数要求其参数列表不同的原因。只要参数列表不同，编译器在编译时通过对函数名字进行重新修饰，将参数类型 含在最终的名字中，就可保证名字在底层的全局唯一性。

3.extern “C“

作用： 有时候在C++工程中可能需要将某些函数按照C的风格来编译，在函数前加extern “C”，意思是告诉编译器， 将该函数按照C语言规则来编译。

extern "C" int Add(int left, int right);
 
int main() {    
	Add(1,2);    
	return 0; 
}

编译器报错：error LNK2019: 无法解析的外部符号_Add，该符号在函数 _main 中被引用

4.几道常见的面试题

• C语言中为什么不能支持函数重载
  C语言的名字修饰规则在函数名前边简单的加一个‘_’
• C++中函数重载底层是怎么处理的
  编译器实际在底层使用的不是直接使用函数名字，而是被重新修饰过的一个比较复杂的名字，被重新修饰后的名字中包含了：函数的名字以及参数类型
• C++中能否将一个函数按照C的风格来编译
  extern “C

五、引用

1.引用概念

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

语法：类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体

void TestFunc()
{
	 int a = 10;
	 int& ra = a;
	 printf("a:%p\n", &a);
	 printf("ra:%p\n", &ra);
}

输出结果为：

上图可以看出，引用和引用的变量是同一块空间。注意：引用类型必须和引用实体是同种类型的

2.引用特性

• 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

3.常引用

void TestConstRef() 
{
	 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   
	 const int& rd = d; 
}

4.使用场景

• 做参数

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

• 做返回值

int& TestReturn(int& a)
{
	 a += 10;
	 return a;
}

注意：

int& Add(int a, int b)
{
	 int c = a + b;
	 return c;
}
int main()
{
	 int& ret = Add(10, 20);
	 Add(100, 200);
	 cout << "Add(10,20)=" << ret << endl;
	 return 0;
}

上述代码输出结果为300，如果函数返回时，出了函数作用域，对象已经还给系统，就不能返回对象的引用。否则会出现非法访问问题。反之，则可以返回引用。

5.传值和传引用效率比较

• 传参传引用和传值比较

struct A 
{ 
 int a[10000]; 
}; 
A a;
void TestFunc1(A a) 
{}
void TestFunc2(A& a) 
{}
int main() {
	 size_t begin1 = clock();    
	 A a;    
	 for (int i = 0; i < 10000; ++i)        
	  TestFunc1(a);    
	 size_t end1 = clock();
	 size_t begin2 = clock();    
	 for (int i = 0; i < 10000; ++i)        
	  TestFunc2(a);    
	 size_t end2 = clock();
	 cout << "TestFunc1 time:" << end1 - begin1 << endl;    
	 cout << "TestFunc2 time:" << end2 - begin2 << endl;
}

运行结果：

由运行结果可以看出传引用比传值效率高一些。

• 返回值返回引用和返回数值比较

struct A 
{ 
 int a[10000]; 
}; 
A a;
A& TestFunc1() 
{
 return a;
}
A TestFunc2() 
{
 return a;
}
int main() {
	 size_t begin1 = clock();    
	 A a;    
	 for (int i = 0; i < 10000; ++i)        
	  	TestFunc1();    
	 size_t end1 = clock();
	 size_t begin2 = clock();    
	 for (int i = 0; i < 10000; ++i)        
	  	TestFunc2();    
	 size_t end2 = clock();
	 cout << "TestFunc1 time:" << end1 - begin1 << endl;    
	 cout << "TestFunc2 time:" << end2 - begin2 << endl;
}

下边是运行结果：

6.引用和指针的区别

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
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，也就是说底层实现原理一样

引用和指针具体的不同点有：

• 1 引用在定义时必须初始化，指针没有要求
• 2 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
• 3 没有NULL引用，但有NULL指针
• 4 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)
• 5 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
• 6 有多级指针，但是没有多级引用
• 7 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
• 8 引用比指针使用起来相对更安全

六、内联函数

1.内联函数的概念

以inline修饰的函数叫做内联函数，编译时C++编译器会在调用内联函数的地方展开，没有函数压栈的开销， 内联函数提升程序运行的效率。
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 函数名，既调用函数。
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)

2.内联函数的特性

inline是一种以空间换时间的做法，省去调用函数额开销。所以代码很长或者有循环/递归的函数不适宜使用作为内联函数。
inline对于编译器而言只是一个建议，编译器会自动优化，如果定义为inline的函数体内有循环/递归等 ，编译器优化时会忽略掉内联。

3.常见的几道面试题

• 宏的优缺点？

优点：
增强代码的复用性
提高性能
缺点：
宏不能调试。（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、函数定义换用内联函数

附加：