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【C++】踏上C++学习之旅(一):初识C++和命名空间

5 人参与  2024年10月15日 08:40  分类 : 《我的小黑屋》  评论

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文章目录

前言1. 初识C++2. C++的发展阶段2. 命名空间2.1 为什么要有命名空间?2.2 命名空间的语法2.3 命名空间的原理2.4 使用命名空间的三种方式2.4.1 加命名空间名称及作用域限定符( :: )2.4.2 使用using关键字将命名空间中某个成员 引入2.4.3 使用using namespace 命名空间名 引入 3. 简单了解C++的输入和输出

前言

本文是正式踏上C++学习之旅的第一篇文章,也是我分享C++笔记的第一篇文章。在这篇文章中,我会给大家介绍C++的发展历史,让大家更好从C语言过渡到C++,也会让大家认识到为什么C++能够兼容C语言的语法。

光是讲解C++的历史那可就太无趣了,所以在本文中我还会给大家加一点料 —— “命名空间”,以及如何高效的使用C++中命名空间。

还会教大家如何用C++的方式,输出"Hello World"。

哈哈哈

1. 初识C++

C语言是结构化和模块化的语言,适合处理较小规模的程序。对于复杂的问题,规模较大的程序,需要高度的抽象和建模时,C语言则不合适。为了解决软件危机, 20世纪80年代, 计算机界提出了OOP(objectoriented programming:面向对象)思想,支持面向对象的程序设计语言应运而生。所以我们经常说到C++是面向对象的语言,而C语言是面向过程的语言。

1982年,Bjarne Stroustrup博士在C语言的基础上引入并扩充了面向对象的概念,发明了一种新的程序语言。为了表达该语言与C语言的渊源关系,命名为C++。因此:C++是基于C语言而产生的,它既可以进行C语言的过程化程序设计,又可以进行以抽象数据类型为特点的基于对象的程序设计,还可以进行面向对象的程序设计。

请大家记住C++诞生的时间(1982年)以及发明C++的大佬 —— “本贾尼”!

2. C++的发展阶段

作为了解就好,但是也要知道我们现在是在用C++版本是多少。

阶段内容
C with classes类及派生类、公有和私有成员、类的构造和析构、友元、内联函数、赋值运算符重载等
C++1.0添加虚函数概念,函数和运算符重载,引用、常量等
C++2.0更加完善支持面向对象,新增保护成员、多重继承、对象的初始化、抽象类、静态成员以及const成员函数
C++3.0进一步完善,引入模板,解决多重继承产生的二义性问题和相应构造和析构的处理
C++98C++标准第一个版本,绝大多数编译器都支持,得到了国际标准化组织(ISO)和美国标准化协会认可,以模板方式重写C++标准库,引入了STL(标准模板库)
C++03C++标准第二个版本,语言特性无大改变,主要:修订错误、减少多异性
C++05C++标准委员会发布了一份计数报告(Technical Report,TR1),正式更名C++0x,即:计划在本世纪第一个10年的某个时间发布
C++11增加了许多特性,使得C++更像一种新语言,比如:正则表达式、基于范围for循环、auto关键字、新容器、列表初始化、标准线程库等
C++14对C++11的扩展,主要是修复C++11中漏洞以及改进,比如:泛型的lambda表达式,auto的返回值类型推导,二进制字面常量等
C++17在C++11上做了一些小幅改进,增加了19个新特性,比如:static_assert()的文本信息可选,Fold表达式用于可变的模板,if和switch语句中的初始化器等
C++20自C++11以来最大的发行版,引入了许多新的特性,比如:模块(Modules)、协程(Coroutines)、范围(Ranges)、概念(Constraints)等重大特性,还有对已有特性的更新:比如Lambda支持模板、范围for支持初始化等
C++23明确的对象参数(Deducing this)、if consteval、多维下标运算符、内建衰减复制支持、标记不可达代码(std::unreachable)、平台无关的假设([[assume]])、命名通用字符转义、扩展基于范围的 for 循环中临时变量的生命周期、constexpr 增强、简化的隐式移动、静态运算符 static operator[] 以及类模板参数推导

C++还在不断地向后发展。但是现在公司主流的是用的还是C++98和C++11,等大家以后工作时可以慢慢钻研C++的新特性,现在这需要我们熟练的掌握C++98和C++11这两个标准即可。

我们现在学习阶段大都接触到的也就是这两种标准(C++11和C++98)。

哈哈哈

2. 命名空间

2.1 为什么要有命名空间?

请大家看一下下面的代码:

#include<stdio.h>int rand = 0;int main(){int rand = 10;printf("%d\n",rand);return 0;}

上面的代码会不会报错?相信掌握C语言语法的读者就会说,上面的代码是可以正常编译通过的。没错,上面的代码的确是没有任何问题的。

那如果我将上述的代码做了一点改变,代码还能正常编译过去吗?

#include<stdio.h>#include<stdlib.h>int rand = 0;int main(){int rand = 10;printf("%d\n",rand);return 0;}

如果你们自己去测试的话,显然会出现编译错误。
编译错误

这是什么原因呢?
编译器说rand重定义,而且错误是我们在引用stdlib.h的头文件之后才出现的。到这里我们就意识到了有个rand的变量名或者时函数名,而我们知道一个.c/.cpp的源文件在编译阶段的预处理阶段会把头文件的内容给展开,所以就会出现rand重定义了。

这个问题在C语言上只能是要你改变这个变量名了。C++就能够解决这个问题,即使你不更改变量名,编译器也不会报错,这个C++的利器就是命名空间

为了让大家对命名空间的这个新事物引起更高的重视,我来给大家举个生活中实际例子:

比如现在有一个互联网公司,这个公司最近准备研发一个项目,老板就把项目就分配给了一个小组,而小组里面有两人小明和小刚负责分别负责这个项目的两个模块。他们两个写啊写啊,终于有一天他们俩将各自写的项目都提交了上去,编译一下却出现错误,经过检查发现他们两个项目的变量名有很多是重叠了,这个会出现命名冲突的问题。如果他们是用C语言来写的话,那必定有一方得是改变变量命名,那两个人肯定都不愿意改的。如果用C++的命名空间的话,就可以完美避开这个问题了。

好了,在讲完命名空间的重要性之后,我们就得认识一下命名空间的用法以及底层的原理!

2.2 命名空间的语法

namespace 命名空间名{内容}

下面我来一遍做展示,一遍拓展:

这个是我们进行正常的命名空间定义:
namespace test{int rand = 10;int Add(int x, int y){return x+y;}struct Node{int data;struct Node* next;}}

?我们不仅可以在命名空间定义并初始化变量,还可以进行对函数的定义,结构体的定义等。

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;     } }}

?可以看到我们中命名空间去嵌套另一个命名空间。

同一个工程中允许不同的文件出现名称相同的命名空间,但是最后编译器会将不同文件相同名称的命名空间给合并到一起:
//这个是test.h文件里面的命名空间namespace N1{int Mul(int left, int right) {     return left * right;}}//这个是test.cpp文件里面的命名空间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;     } }}

经过编译器的编译之后,最后的合并的结果就是:

namespace N1{int Mul(int left, int right) {     return left * right;}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;     } }}

2.3 命名空间的原理

提到命名空间,我们就不得不提另一个概念"域"。

想必大家或多或少都会在C语言中听过"作用域"(全局域、局部域)这个名词。这个就是"域"中的一种,在C++中还有命名空间域、类域等等。而我们现在说讲的命名空间,它的实质就是一种命名空间域。

那可能有的读者会问,"域"是个什么东西?
那我们可以先从我们熟悉的入手,全局域和局部域。我们都知道在给全局变量和局部变量去相同的变量名时,程序是不会报错的,这个就是"域"的作用。我们可以把"域"想象成一面墙,被这面的墙隔开的事物互不干扰,你干你的事,我刚我的事。
讲到这里,我相信你已经对命名空间域已经有感觉了。我们也可以把命名空间域看作是一面墙,将局部域与全局域给隔开了。在这个域里面有自己独自维护的变量。

?所以我们可以总结一下:命名空间是解决全局变量与头文件的命名冲突问题,或者是解决同一个工程项目中不同模块之间的命名冲突问题。

2.4 使用命名空间的三种方式

我们讲解了命名空间的原理,那命名空间里面的成员我们该怎么引用呢?比如:

namespace test{ // 命名空间中可以定义变量/函数/类型 int a = 0; int b = 1; int Add(int left, int right) { return left + right; } struct Node { struct Node* next; int val; };}
int main(){ // 编译报错:error C2065: “a”: 未声明的标识符 printf("%d\n", a);return 0;}

2.4.1 加命名空间名称及作用域限定符( :: )

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

2.4.2 使用using关键字将命名空间中某个成员 引入

using  test::b;int main(){ printf("%d\n", test::a); printf("%d\n", b);return 0;}

这种方式建议使用!!!

2.4.3 使用using namespace 命名空间名 引入

using  namespace test;int main(){ printf("%d\n", test::a); printf("%d\n", b); Add(10,20);return 0;}

?注意:使用这个方法时是有风险的(这个命名空间里面有着和全局变量一样的变量名),所以我们在平时进行练习或比赛的时候使用即可。


3. 简单了解C++的输入和输出

我们再学一门新的语言时,往往会都会干一件事,就是在屏幕上输出"Hello World"。
所以这里我们就简单认识一下C++的输入和输出。

#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:
1. 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。
2. 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。
3. <<是流插入运算符,>>是流提取运算符。
4. 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。
5. 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,这些知识我们我们后续才会学习,所以我们这里只是简单学习他们的使用。

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+std的方式。

#include <iostream>using namespace std;int main(){   int a = 10;   double b = 3.1415;   char c = 'l';        // 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;}

?最后在声明一点,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这样使用时指定命名空间 + using std::cout展开常用的库对象/类型等方式。

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