引言

本系列旨在为初学者提供一份全面且易懂的C++入门指南。我们将从C++的关键字开始，逐步探索C++的各个方面，包括命名空间、输入输出、函数特性以及C++11的一些新增特性，如auto关键字、基于范围的for循环和nullptr。每个主题都会有简明扼要的解释和示例代码，帮助你更好地理解和运用这些知识。

无论你是刚刚踏入编程的大门，还是想要从其他编程语言转换到C++，本指南都将帮助你建立对C++的扎实基础。通过学习本系列内容，你将掌握C++中的核心概念和常用特性，为后续学习和项目开发打下坚实的基础。

一、C++关键字

1.1 概念

C++总计63个关键字，C语言32个关键字。

C++关键字是一组由C++语言定义的具有特殊含义的保留字。这些关键字在C++编程中具有特殊的用途，不能用作标识符或变量名。

此处仅对关键字进行列举，后续文章再进行详细介绍。

1.2 关键字列表

关键字	关键字	关键字	关键字
alignas	alignof	and	and_eq
asm	auto	bitand	bitor
bool	break	case	catch
char	char8_t	char16_t	char32_t
class	compl	concept	const
consteval	constexpr	constinit	const_cast
continue	co_await	co_return	co_yield
decltype	default	delete	do
double	dynamic_cast	else	enum
explicit	export	extern	false
float	for	friend	goto
if	inline	int	long
mutable	namespace	new	noexcept
not	not_eq	nullptr	operator
or	or_eq	private	protected
public	register	reinterpret_cast	requires
return	short	signed	sizeof
static	static_assert	static_cast	struct
switch	synchronized	template	this
thread_local	throw	true	try
typedef	typeid	typename	union
unsigned	using	virtual	void
volatile	wchar_t	while	xor
xor_eq

注意：该表格列出了C++中的所有关键字，包括C++11、C++14、C++17、C++20以及之后版本引入的关键字。不同版本可能支持不同的关键字，具体使用时需要查阅相应的C++标准文档。

二、命名空间

2.1 问题示例

在学习命名空间之前，我们来看一个C语言问题。

此处定义的变量rand与库中函数rand名称冲突，但是C语言特性无法解决此问题。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
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;
}
// 编译后后报错：error C2365: “rand”: 重定义；以前的定义是自带的rand“函数”
// 就与你在一个工程代码中无法定义两个同名的标识符是一个原理

2.2 产生原因

命名空间的产生是为了解决在大型程序中命名冲突的问题。

在大规模软件开发中，可能会有多个开发者同时编写代码，每个人都可能使用相同的变量名、函数名或类名,其中大部分变量、函数和类的名称将都存在于全局作用域中,代码合并会导致命名冲突，使得代码出现错误或不可预料的行为。

其次上述问题示例也是原因之一，C++若没有命名空间也会产生相同问题！！！

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，命名空间由此诞生。

2.3 演示示例

// 定义命名空间MyNameSpace
namespace MyNamespace {int add(int a, int b) {return a + b;}int subtract(int a, int b) {return a - b;}
}int main() {// 调用MyNamespace命名空间中的add函数int result1 = MyNamespace::add(5, 3); // 调用MyNamespace命名空间中的subtract函数       int result2 = MyNamespace::subtract(10, 4);  return 0;
}

2.4 详解命名空间

提醒：许多市面上的书籍中的程序示例，都会加上using namespace std;这行代码，书籍上会解释是为了编写方便，导致许多读者认为这是固定示例，造成理解错误，需要摒弃此观念！！！

eg：

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

2.4.1 笔者对命名空间的理解

以将命名空间namespace看作私人领域的围墙，每个人都可以在自己的领域做任何事情，但是别人不能擅闯你的区域，除非获得你的许可。

在编程人员单人开发时，使用命名空间可以将不同模块的代码区分开避免冲突，并提供更好的代码隔离性。

多人开发时，同样可以避免项目整合是发生的命名冲突等问题。

2.4.2 使用方式

如何获取许可证呢？

正如上面示例的HelloWorld代码，使用using namespace std即可。

这行代码该如何解释呢？

using namespace std

std是C++标准库的命名空间，其中包含了许多常用的类、函数和对象，如输入输出、字符串处理、容器、算法等等。

在没有使用using namespace std;的情况下，访问标准库中的成员需要在其名称前加上std::前缀，例如std::cout。

eg:

#include<iostream>
//using namespace std;int main()
{std::cout << "Hello World!" << std::endl;return 0;
}

using就相当于许可证，使用using就可以获取围墙内的信息，并且随意使用内部内容。

正如笔者之前提的建议，尽量不要直接使用using namespace std，利弊参半。谨慎使用！！

原因如下：

使用using namespace std可以简化代码，使得在使用标准库成员时不需要写出完整的命名空间前缀，而可以直接使用它们。

例如，在使用了using namespace std后，可以直接使用cout、string而不需要加上std::前缀。

需要注意的是，using namespace std将整个std命名空间引入当前的作用域中。

这样可以减少代码中的冗余，但也可能引入命名冲突的风险。在大型项目中或需要与其他命名空间中的成员进行区分的情况下，可以避免使用using namespace std，而是使用具体的using声明来引入需要的特定成员。

eg:

#include<iostream>
//using namespace std;
using std::cout;
using std::endl;int main()
{cout << "Hello World!" << endl;return 0;
}

2.4.3 作用域解析符

在C++中，作用域解析运算符（Scope Resolution Operator），用双冒号（::）表示，用于访问命名空间、类、结构体、枚举等的成员。

这也是通行证的一种，不过每次使用内部内容时，都需要加上该符号去获取，需要什么便可以取什么。

相对于使用using namespace + 命名空间全部展开，此法与using 命名空间::需要内容相似，减小冲突风险。

eg:

#include<iostream>
usingn namespace std;namespace kaite{int rand = 0;
}int main(){cout << kaite::rand << endl;return 0;
}

此处使用using namespace std是为了展示冲突，建议读者使用另外两种方式编写。

上述代码定义了命名空间kaite，即使我将命名空间std全部展开，其中有rand函数，但是我并没有展开自己的命名空间，而是使用作用域解析符跨围墙寻找，因此不会和全局冲突。

相信解释到这里，读者应该已经对命名空间有一定的了解。下面列出一些注意事项。

2.4.3注意事项

2.4.3.1 命名空间可以嵌套定义

eg：

namespace N1
{
int a;
int b;
namespace N2{int c;int d;}
}//想使用命名空间N2中的变量也需要嵌套寻求
N1::N2::c = 0;
N1::N2::d = 0;

2.4.3.2 同项目中的同名命名空间会进行合并

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

2.4.4 总结

命名空间的使用有三种方式

加命名空间名称及作用域限定符
使用using将命名空间中某个成员引入
使用using namespace 命名空间名称引入

三、C++输入&输出

在C语言中，我们经常使用printf以及scanf进行输入输出。那么当谈到C++编程，输入和输出同样是最基本且必要的操作之一。它们使得我们可以与用户交互，并将程序结果展示给用户。

C++中的输入和输出通常是通过流（stream）对象来实现的。

流是一种抽象的概念，它提供了一种在程序和外部设备（如键盘、屏幕、文件）之间传输数据的方法。

3.1 流

在谈及C++输入输出时，我们首先需要了解一下流这个重要概念。

当谈论编程语言中的流（stream）时，它是一种用于在程序和外部设备（如键盘、屏幕、文件）之间传输数据的抽象概念。流提供了一种方便、统一的方式来处理输入和输出操作。

在C++中，流是通过标准库中的流类（stream class）来实现的。标准C++库提供了三个主要的流类：

输入流（input stream）： 输入流用于从外部设备（通常是键盘或文件）读取数据。在C++中，主要使用std::istream类来表示输入流。std::cin就是std::istream类的一个对象，通常用于从标准输入读取数据。
输出流（output stream）： 输出流用于向外部设备（通常是屏幕或文件）写入数据。在C++中，主要使用std::ostream类来表示输出流。std::cout就是std::ostream类的一个对象，通常用于向标准输出写入数据。
输入/输出流（input/output stream）： 输入/输出流既可以读取数据，也可以写入数据。在C++中，主要使用std::iostream类来表示输入/输出流。std::cin和std::cout的底层类型都是std::iostream，因此它们可以同时进行输入和输出操作。

流的工作方式类似于一条水流，数据从流中源源不断地流入或流出。在读取数据时，流会按顺序逐个提供数据元素，直到没有更多的数据为止。在写入数据时，数据会按顺序依次写入流中。

3.2 流的操作符

为了与流进行交互，C++提供了一组特殊的操作符：

输入操作符 >>： 用于从输入流中提取数据。它会从流中读取数据并将其存储到指定的变量中。
输出操作符 <<： 用于将数据写入输出流。它会将数据输出到流中，以便在屏幕上显示或写入到文件中。

这些操作符的使用使得流操作非常直观和易于理解，比如使用cin >> num;读取整数，或使用cout << "Hello, world!";输出字符串。

总结起来，流是C++中一种用于处理输入和输出操作的强大工具。它提供了统一的方式来读取和写入数据，使得与用户交互和处理文件操作变得简单和高效。理解流的基本概念和使用方法对于编写C++程序是非常重要的。

3.3 C++输入（输入流）

在C++中，我们通常使用cin来进行输入操作。cin是C++标准库中的一个输入流对象，它通常与键盘输入关联。通过cin，我们可以读取用户输入的数据并将其存储到我们定义的变量中。

让我们从一个简单的例子开始，读取用户输入的整数：

#include <iostream>int main() {int num;std::cout << "Please enter an integer: ";std::cin >> num; // 从用户输入读取整数并存储在num变量中std::cout << "You entered: " << num << std::endl;return 0;
}

运行程序后，它会要求你输入一个整数。在你输入整数后，程序将把输入的整数显示出来。

除了整数，我们还可以使用cin来读取其他数据类型，例如double、char和std::string（字符串）。使用方法也是相同。

3.4 C++输出（输出流）

C++中，我们主要使用cout来进行输出操作。cout是C++标准库中的一个输出流对象，它通常与屏幕输出关联。通过cout，我们可以将数据展示给用户。

让我们来看一个简单的输出示例：

#include <iostream>int main() {int num = 42;std::cout << "The number is: " << num << std::endl;return 0;
}

运行这个程序，它会输出："The number is: 42"。

你还可以使用printf函数实现更复杂的格式化输出，类似于C语言中的用法。不过，在C++中，使用cout更加C++风格，并且更易于阅读和使用。

四、缺省参数

缺省参数（Default Arguments）是一种在函数声明中指定参数默认值的特性。当调用函数时，如果调用者没有提供对应参数的值，则函数将使用预定义的默认值。这使得函数的调用更加简洁和灵活，因为在一些情况下，可以省略一些参数，而不必在每次调用时都提供所有参数的值。

在C++中，缺省参数可以在函数的声明中指定，而不是在函数的定义中。这样做是为了避免将默认参数的信息重复多次，因为函数通常在头文件中声明，并在实现文件中定义

4.1 代码示例

#include <iostream>// 带有缺省参数的函数声明
void printMessage(std::string message = "Hello, World!");int main() {// 调用函数时不提供参数printMessage(); // 输出: "Hello, World!"// 调用函数时提供参数printMessage("Hi there!"); // 输出: "Hi there!"return 0;
}// 带有缺省参数的函数定义
void printMessage(std::string message) {std::cout << message << std::endl;
}

在上面的例子中，我们定义了一个名为printMessage的函数，它带有一个缺省参数message，默认值为"Hello, World!"。在main函数中，我们调用printMessage两次：一次不提供参数，一次提供了一个字符串参数。第一次调用时，由于没有提供参数，函数使用了缺省值，输出了"Hello, World!"；第二次调用时，提供了一个参数，函数输出了该参数值。

4.2 缺省参数分类

4.2.1 全缺省参数

void Func(int a = 10, int b = 20, int c = 30){cout << "a = "<< a <<endl;cout << "b = "<< b <<endl;cout << "c = "<< c <<endl;}

4.2.2 半缺省参数

void Func(int a, int b = 20, int c = 30){cout << "a = "<< a <<endl;cout << "b = "<< b <<endl;cout << "c = "<< c <<endl;}

4.3注意事项

缺省参数通常应该在函数参数列表的末尾声明。这样做是为了在调用函数时能够省略尾部参数而不会产生歧义。即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。
缺省值必须是常量或者全局变量/常量。
C语言不支持（编译器不支持）。

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2.4.1 笔者对命名空间的理解

2.4.2 使用方式

2.4.3 作用域解析符

2.4.3注意事项

2.4.4 总结

三、C++输入&输出

3.1 流

3.2 流的操作符

3.3 C++输入（输入流）

3.4 C++输出（输出流）

四、缺省参数

4.1 代码示例

4.2 缺省参数分类

4.2.1 全缺省参数

4.2.2 半缺省参数

4.3注意事项

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