Cpp学习笔记之一

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date: 2023-12-31 16:11:12
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前言

本来是准备一直更新Go语言笔记的了，但是突然发现CAPE-OPEN好像只能用C++语言来写（官方说也可以用VB，但是我觉得吧，VB就算了）

因为CAPE-OPEN应该是要进行COM组件的注册以及操作的，故C++较为适宜，当然Java也是可以的，但是不推荐，理论上支持COM组件以及可以编译为动态链接库的语言都是可以的

所以又得继续拾起C++了，so，开始学习吧骚年，加油！

Hello World

#include <iostream>    // 引入标准库
int main() {    // 程序开始
	std::cout << "Hello World!" << std::endl;    // 输出HelloWorld！字符串并换行
    return 0;    // main函数结束，调用进程返回值0
}

基础语法

现在我们通过解析上述的例子来学习一下C++程序的语法

首先第一行 #include <iostream> 是引入C++的标准库 iostream ，以用来可以输入/出信息，从库名字也可以看出来，I/O 和 stream 就是输入/出信息流嘛；如果要引入一些本地库或第三方库，可以通过使用 #include "[path]" 格式，其中 path 就是头文件/库所在的路径。

第二行 int main() { } 是主函数，程序从这里开始执行，int 是函数类型，main() 是函数名称和传入参数，函数内容放在大括号中。

第三行 std::cout << "Hello World!" << std::endl; 是在屏幕中输出信息，其中 std:: 这是个名称空间标示符，是用来声明使用的是标准库中的函数/对象，以防止出现同名的函数/对象产生冲突；

<< 符号在cpp中既可以用来执行位运算，又可以做输入/出流，<< 和 cout 一起使用就是输出，cin 和 >> 一起使用就是输入；

双引号表示字符串就不用说了，后面的 endl 是换行符，这里进行了简略缩写，实际上可以写成如下所示：

std::cout << "Hello World!";
std::cout << std::endl;
// 或者：
std::cout << "Hello World!"; std::cout << std::endl;

在这里可以看到，C++并不是以行末为语句的结束的，而是以 ; 分号为准的。

第四行 return 0; 一般用作表示程序的结束，实际上这个语句根据函数类型的不同而不同，而且 return 0; 在不同的情境下可能含义也是不同的，这个之后再进行深究。

C++标准库（C++ Standard Library），是类库和函数的集合，其使用核心语言写成，由C++标准委员会制定，并不断维护更新。C++强大的功能来源于其丰富的类库及库函数资源。在C++开发中，要尽可能地利用标准库完成，这样可以降低成本，提高编程效率，保证程序质量，又能保持编程风格一致性。C++标准库又分为标准函数库和面向对象类库。

**标准函数库包括：**输入/输出IO、字符串和字符处理、数学、时间、日期和本地化、动态分配、其他、宽字符函数。

**面向对象类库包括：**标准的C++ IO类、String类、数值类、STL容器类、STL算法、STL函数对象、STL迭代器、STL分配器、本地化库、异常处理类、杂项支持库。

哦对，别忘了注释格式哦：

// 这是单行注释，以行末为结束
/* 这是
   多行
   注释
 */

声明命名空间

在上述例子中，可以看到大量且频繁的使用 std:: 命名空间标示符，是比较繁琐的，实际上有一种简单的声明方式可以解决：

#include <iostream>

using namespace std; // 声明命名空间

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

通过命名空间的声明，可以默认该程序内部使用的都是该库下的函数/对象；也可以只声明需要使用的部分：

#include <iostream>

using std::cout; // 声明命名空间
 
int main () {
   cout << "Hello World!" << std::endl;  
   return 0;
}

当然，命名空间是可以自定义的，格式如下：

// 注册命名空间
namespace [namespaceName] {
   // 声明内容
}

// 使用该命名空间，类似于 std::cout
[namespaceName]::<code>;  // <code> 可以是变量或函数

举个例子：

#include <iostream>

namespace first_space { // 注册第一个命名空间
   void funcTest() {
      std::cout << "Inside first_space" << std::endl;
   }
}

namespace second_space { // 注册第二个命名空间
   void funcTest() {
      std::cout << "Inside second_space" << std::endl;
   }
}

int main () {
   first_space::funcTest(); // 调用第一个命名空间中的函数
   second_space::funcTest(); // 调用第二个命名空间中的函数
 
   return 0;
}

执行结果：

可以看到，调用指定命名空间中的函数需要在函数前增加命名空间标示符，这样即使出现同名函数，也不会互相冲突，所以在实际开发过程中，是非常推荐使用命名空间标示符的，再举个例子：

#include <iostream>

namespace first_space { // 注册第一个命名空间
   void funcTest() {
      std::cout << "Inside first_space" << std::endl;
   }
}

namespace second_space{ // 第二个命名空间
   void funcTest() {
      std::cout << "Inside second_space" << std::endl;
   }
}

using namespace first_space; // 使用第一个命名空间

int main () {
   funcTest(); // 调用第一个命名空间中的函数

   return 0;
}

执行结果：

可以看到，在主函数 main() 前面进行了命名空间的声明，所以主函数中的同名函数 funcTest() 执行输出的结果是第一个命名空间中的函数，当然C++程序执行时有严格的顺序要求，如果将命名空间的注册语句或者使用语句放在main函数后，那么就会报错，例如：

请严格记住，C++程序的执行顺序必然是从上到下，所以主函数 main() 中的其他函数、变量、方法、对象等必须在主函数前进行注册或声明。

同样，函数中的语句也是要严格遵守这一点的。

变量与常量

数据类型

C++七大基本类型：

其中的 wchar_t 其实是利用了 typedef 声明，使用方法如下：

typedef <type> <newname> // 标准格式

// 示例：
typedef short int wchar_t;
// 使用示例
typedef int feet; // 将int类型定义为feet
feet test; // 使用刚才定义的feet来声明一个变量test

一些基本类型可以使用一个或多个类型修饰符进行修饰：

signed unsigned short long

默认情况下，int、short、long都是带符号的，即signed

具体的占用空间大小和长度就不赘述了，下面这个例子可以直接体现：

#include <iostream>
#include <limits>

using namespace std;

int main() {
    cout << "type: \t\t" << "************size**************"<< endl;
    cout << "bool: \t\t" << "所占字节数：" << sizeof(bool);
    cout << "\t最大值：" << (numeric_limits<bool>::max)();
    cout << "\t\t最小值：" << (numeric_limits<bool>::min)() << endl;
    cout << "char: \t\t" << "所占字节数：" << sizeof(char);
    cout << "\t最大值：" << (numeric_limits<char>::max)();
    cout << "\t\t最小值：" << (numeric_limits<char>::min)() << endl;
    cout << "signed char: \t" << "所占字节数：" << sizeof(signed char);
    cout << "\t最大值：" << (numeric_limits<signed char>::max)();
    cout << "\t\t最小值：" << (numeric_limits<signed char>::min)() << endl;
    cout << "unsigned char: \t" << "所占字节数：" << sizeof(unsigned char);
    cout << "\t最大值：" << (numeric_limits<unsigned char>::max)();
    cout << "\t\t最小值：" << (numeric_limits<unsigned char>::min)() << endl;
    cout << "wchar_t: \t" << "所占字节数：" << sizeof(wchar_t);
    //cout << "\t最大值：" << (numeric_limits<wchar_t>::max)();
    //cout << "\t\t最小值：" << (numeric_limits<wchar_t>::min)() << endl;
    cout << "short: \t\t" << "所占字节数：" << sizeof(short);
    cout << "\t最大值：" << (numeric_limits<short>::max)();
    cout << "\t\t最小值：" << (numeric_limits<short>::min)() << endl;
    cout << "int: \t\t" << "所占字节数：" << sizeof(int);
    cout << "\t最大值：" << (numeric_limits<int>::max)();
    cout << "\t最小值：" << (numeric_limits<int>::min)() << endl;
    cout << "unsigned: \t" << "所占字节数：" << sizeof(unsigned);
    cout << "\t最大值：" << (numeric_limits<unsigned>::max)();
    cout << "\t最小值：" << (numeric_limits<unsigned>::min)() << endl;
    cout << "long: \t\t" << "所占字节数：" << sizeof(long);
    cout << "\t最大值：" << (numeric_limits<long>::max)();
    cout << "\t最小值：" << (numeric_limits<long>::min)() << endl;
    cout << "unsigned long: \t" << "所占字节数：" << sizeof(unsigned long);
    cout << "\t最大值：" << (numeric_limits<unsigned long>::max)();
    cout << "\t最小值：" << (numeric_limits<unsigned long>::min)() << endl;
    cout << "double: \t" << "所占字节数：" << sizeof(double);
    cout << "\t最大值：" << (numeric_limits<double>::max)();
    cout << "\t最小值：" << (numeric_limits<double>::min)() << endl;
    cout << "long double: \t" << "所占字节数：" << sizeof(long double);
    cout << "\t最大值：" << (numeric_limits<long double>::max)();
    cout << "\t最小值：" << (numeric_limits<long double>::min)() << endl;
    cout << "float: \t\t" << "所占字节数：" << sizeof(float);
    cout << "\t最大值：" << (numeric_limits<float>::max)();
    cout << "\t最小值：" << (numeric_limits<float>::min)() << endl;
    cout << "size_t: \t" << "所占字节数：" << sizeof(size_t);
    cout << "\t最大值：" << (numeric_limits<size_t>::max)();
    cout << "\t最小值：" << (numeric_limits<size_t>::min)() << endl;
    cout << "string: \t" << "所占字节数：" << sizeof(string) << endl;
    //cout << "\t最大值：" << (numeric_limits<string>::max)();
    //cout << "\t最小值：" << (numeric_limits<string>::min)() << endl;
    cout << "type: \t\t" << "************size**************"<< endl;
    return 0;
}

输出如下：

枚举类型： 是C++中的一种派生数据类型，它是由用户定义的若干枚举常量的集合。如果一个变量只有几种可能的值，可以定义为枚举（enumeration）类型。所谓"枚举"是指将变量的值一一列举出来，变量的值只能在列举出来的值的范围内。

用法：

enum 枚举名{
     标识符[=整型常数],
     标识符[=整型常数],
     标识符[=整型常数]
} 枚举变量;

如果枚举没有初始化, 即省掉 =整型常数 时, 则从第一个标识符开始。

默认情况下，第一个名称的值为 0，第二个名称的值为 1，第三个名称的值为 2，以此类推

举个例子：

enum color { red, green, blue } c;
c = blue;
// 本示例定义了一个颜色枚举，变量c的类型为color，以及c被赋值为"blue"

在该示例中，red 的值为 0 、green 的值为 1 、blue 的值为 2

当然也可以给名称直接赋予值，例如：

enum color {
	red,
	green = 6,
	blue
} c;
c = blue;

此时，red 的值依然为 0 ，但是 green 的值为 6 ，同时 blue 的值自增1，为 7

类型转换

C++中有四种类型转换：静态转换、动态转换、常量转换和重新解释转换。

静态转换（Static Cast）：

静态转换是将一种数据类型的值强制转换为另一种数据类型的值，通常用于比较类型相似的对象之间的转换，例如将 int 类型转换为 float 类型。静态转换不进行任何运行时类型检查，因此可能会导致运行时错误。

// 静态将int类型转换为float类型
int a = 10;
float b = static_cast<float>(a);

动态转换（Dynamic Cast）：

动态转换通常用于将一个基类指针或引用转换为派生类指针或引用。动态转换在运行时进行类型检查，如果不能进行转换则返回空指针或引发异常。

// 将基类指针转换为派生类指针
class Base {};
class Derived : public Base {};
Base* ptr_base = new Derived;
Derived* ptr_derived = dynamic_cast<Derived*>(ptr_base);

什么是指针后续再讲，这里先不做具体描述

常量转换（Const Cast）：

常量转换用于将 const 类型的对象转换为 非const 类型的对象，且只能用于转换掉const属性，不能改变对象的类型。

// 常量转换，将const int转换为int
const int a = 10;
int& b = const_cast<int&>(a);

重新解释转换（Reinterpret Cast）：

重新解释转换将一个数据类型的值重新解释为另一个数据类型的值，通常用于在不同的数据类型之间进行转换。

重新解释转换不进行任何类型检查，因此可能会导致未定义的行为。

// 重新解释将int类型转换为float类型
int a = 10;
float b = reinterpret_cast<float&>(a);

变量类型

变量其实只不过是程序可操作的存储区的名称，在C++中，有多种变量类型可用于存储不同种类的数据。

C++中每个变量都有指定的类型，类型决定了变量存储的大小和布局，该范围内的值都可以存储在内存中，运算符可应用于变量上。

变量的名称可以由字母、数字和下划线字符组成。它必须以字母或下划线开头，且大写字母和小写字母是不同的。

C++常见的变量类型有如下几种：

• 整数类型：int short long long long ；用于表示整数、短整数、长整数、更长整数。
• 浮点类型：float double long double ；用于表示单精度、双精度、更高精度的浮点数。
• 字符类型：char wchar_t char16_t char32_t ；用于表示字符、宽字符、16位Unicode字符、32位Unicode字符。
• 布尔类型：bool ；用于表示布尔值，只能取true或false。
• 枚举类型：enum ；用于定义一组命名的整数常量。
• 指针类型：type* ，type 是其他的类型；用于表示指向类型为type的对象的指针。
• 数组类型：type[] 或 type[size] ；用于表示具有相同类型的元素组成的数组。
• 结构体类型：struct ；用于定义包含多个不同类型成员的结构。
• 类 类型：class ；用于定义具有属性和方法的自定义类型。
• 共用体类型：union ；用于定义一种特殊的数据类型，它可以在相同的内存位置存储不同的数据类型。

每种类型占用多少字节不赘述

变量定义与声明

举例：

int i, j, k;
char c, ch;
float f, salary;
double d;
extern int d = 3, f = 5;	// d和f的声明 
int d = 3, f = 5;	// 定义并初始化d和f
byte z = 22;	// 定义并初始化z
char x = 'x';	// 变量x 的值为 'x'

关键字 extern 是用来引用在函数后面或另一个文件中的变量

变量赋值举例：

#include <iostream>
using namespace std;
extern int a, b;    // 变量声明
extern int c;
extern float f;
int main() {
    int a, b;    // 变量定义
    int c;
    float f;    // 实际初始化
    a = 10;
    b = 20;
    c = a + b;
    cout << c << endl;
    
    f = 70.0/3.0;
    cout << f << endl ;
    return 0;
}

可以看到在C++中，赋值是右值赋给左值，左值可以为变量，执行结果：

同样的，在函数声明时，提供一个函数名，而函数的实际定义则可以在任何地方进行，例如：

#include <iostream>
using namespace std;
int func();    // 函数声明
int main() {
    int i = func();    // 函数调用
    cout << i << endl;
}
int func() {    // 函数定义
    return 0;
}

执行结果：

但是如果在main函数之前没有进行变量/函数声明，而直接在main函数中进行调用的话，是调用不到的且编译会报错，例如：

#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
    int i = func();    // 函数调用
    cout << i << endl;
}
int func() {    // 函数定义
    return 0;
}

执行结果：

但是可以把函数定义放在函数调用之前即可：

#include <iostream>
using namespace std;
int func() {    // 函数定义
    return 0;
}
int main() {
    int i = func();    // 函数调用
    cout << i << endl;
}

这样就可以成功调用了，变量也是同理，在实际开发过程中，我们推荐在main函数前先给函数/变量声明，再在main函数之后进行定义，会使代码更加工整。

变量作用域

一般来说有三个地方可以定义变量：

• 在函数或一个代码块内部声明的变量，称为局部变量；
• 在函数参数的定义中声明的变量，称为形式参数；
• 在所有函数外部声明的变量，称为全局变量。

作用域是程序的一个区域，变量的作用域可以分为以下几种：

• **局部作用域：**在函数内部声明的变量具有局部作用域，它们只能在函数内部访问。局部变量在函数每次被调用时被创建，在函数执行完后被销毁；
• **全局作用域：**在所有函数和代码块之外声明的变量具有全局作用域，它们可以被程序中的任何函数访问。全局变量在程序开始时被创建，在程序结束时被销毁；
• **块作用域：**在代码块内部声明的变量具有块作用域，它们只能在代码块内部访问。块作用域变量在代码块每次被执行时被创建，在代码块执行完后被销毁；
• **类作用域：**在类内部声明的变量具有类作用域，它们可以被类的所有成员函数访问。类作用域变量的生命周期与类的生命周期相同。

如果在内部作用域中声明的变量与外部作用域中的变量同名，则内部作用域中的变量将覆盖外部作用域中的变量

局部变量：

在函数或一个代码块内部声明的变量，称为局部变量，只能被函数内部或者代码块内部的语句使用：

#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
    int a, b;    // 局部变量声明
	int c;
	a = 10;    // 实际初始化
	b = 20;
	c = a + b;
	cout << c << endl;
	return 0;
}

全局变量：

在所有函数外部定义的变量（通常是在程序的头部），称为全局变量，可以被任何函数访问，也就是说，全局变量一旦声明，在整个程序中都是可用的：

#include <iostream>
using namespace std;
int g;    // 全局变量声明
int main() {
    int a, b;    // 局部变量声明
    a = 10;    // 实际初始化
    b = 20;
    g = a + b;
    cout << g << endl;
    return 0;
}

局部变量和全局变量的名称可以相同，但是在函数内，局部变量的值会覆盖全局变量的值：

#include <iostream>
using namespace std;
int g = 20;    // 全局变量声明
int main() {
    int g = 10;    // 局部变量声明
    cout << g << endl;
    return 0;
}

执行结果：

初始化局部变量和全局变量：

当局部变量被定义时，系统不会对其初始化，必须自行对其初始化。定义全局变量时，系统会自动初始化为下列值：

int ：0；char ：'\0'；float ：0；double ：0；pointer ：NULL；

块作用域指的是在代码块内部声明的变量，例：

#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
    int a = 10;    // 函数内局部变量，同时也是块作用域外部变量
    {
        int a = 20;    // 块作用域变量
        cout << "块变量: " << a << endl;
    }
    cout << "外部变量: " << a << endl;
    return 0;
}

执行结果：

类作用域：

类作用域指的是在类内部声明的变量，例：

#include <iostream>
class MyClass {
    public:
        static int class_var;    // 类作用域变量
};
int MyClass::class_var = 30;
int main() {
    std::cout << "类变量: " << MyClass::class_var << std::endl;
    return 0;
}

执行结果：

什么是类，后续再说

常量

常量是固定值，在程序执行期间不会改变。这些固定的值，又叫做字面量。常量可以是任何的基本数据类型，可分为整型数字、浮点数字、字符、字符串和布尔值。常量就像是常规的变量，只不过常量的值在定义后不能进行修改。

在C++中，有两种简单的定义常量的方式：

使用#define预处理器：

#define [identifier] [value]

举例：

#include <iostream>
using namespace std;
#define LENGTH 10   
#define WIDTH  5
#define NEWLINE '\n'
int main() {
    int area;
    area = LENGTH * WIDTH;
    cout << area;
    cout << NEWLINE;
    cout << area;
    return 0;
}

执行结果：

\n 被执行了

使用const关键字：

const [type] [variable] = [value];

举例：

#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
    const int  LENGTH = 10;
    const int  WIDTH  = 5;
    const char NEWLINE = '\n';
    int area;
    area = LENGTH * WIDTH;
    cout << area;
    cout << NEWLINE;
    cout << area;
    return 0;
}

执行结果同上，这里需要注意的是，使用 const 关键字并不是一定需要放在函数内部，它可以和 #define 一样作为全局变量来使用

一般来说，在开发过程中把常量定义为全大写字母形式