C++ 入门基础(2)

目录

1. 命名空间

1.1 命名空间的定义

1.2 基本用法

1.2.1 域

1.2.1.1 域的定义

1.3 作用域解析运算符

1.4 注意事项

1.5 命名空间的使用

2. C++输入和输出

3. 缺省参数

3.1 缺省参数的定义

3.2 缺省参数的用法

4. 总结:

1. 命名空间

在上篇文章我们主要详细介绍了C++，围绕着C++的发展历程重要性及应用展开了主要的介绍。今天我们就要学习C++的第一个知识点——命名空间！

在引入命名空间之前，小编想先展示一段代码，通过这段代码带领我们进入命名空间的世界。

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

int rand = 10;

int main()
{
    // 编译报错: error C2365: “rand”: 重定义；以前的定义是“函数”
    printf("%d\n", rand);
    return 0;
}

如上面的代码所示，上面的代码如果放在编译器中是会报错的，为什么呢？

在 C 语言里， <stdlib.h>  头文件中声明了 rand  函数（用于生成随机数 ），而代码里又定义了全局变量 int rand = 10; ，这就导致命名冲突——编译器看到 rand  时，不知道该用变量 rand  还是标准库的 rand  函数，所以编译报错 “ rand : 重定义；以前的定义是‘函数’” 。

C语言项目类似上面程序这样的命名冲突是普遍存在的问题，C++引入namespace就是为了更好的解决这样的问题。

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、函数和类的名称都将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关键字的出现就是针对这种问题的。

1.1 命名空间的定义

C++的命名空间（namespace） 是一种用来避免命名冲突的机制，简单说就是给变量、函数、类等起的名字“分组”，让不同组里的同名标识可以共存。

1.2 基本用法

- 定义命名空间：用 namespace 关键字，把相关的代码包起来。
namespace csdn
{
    int rand = 10;

    int Add(int left, int right)
    {
        return left + right;
    }

    struct Node
    {
        struct Node* next;
        int val;
    };
}

- 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。命名空间中可以定义变量/函数/类型等。

1.2.1 域

1.2.1.1 域的定义

在C++中，域（Scope，通常译为作用域）是指程序中某个标识符（变量、函数、类等）的有效范围。它决定了在哪里可以访问某个标识符，以及该标识符的生命周期从何时开始到何时结束。

• namespace本质是定义出一个域，这个域跟全局域各自独立，不同的域可以定义同名变量，所以下面的rand不在冲突了。
• 在C++中，“命名空间”和“域（作用域，Scope）”都和“名字的可见范围”有关，但本质不同，关系可以概括为：命名空间是一种人为定义的、可扩展的域，而域是一个更宽泛的概念，包含了命名空间在内的多种范围类型。

C++中域有函数局部域，全局域，命名空间域，类域；域影响的是编译时语法查找一个变量/函数/类型出处(声明或定义)的逻辑，所有有了域隔离，名字冲突就解决了。局部域和全局域除了会影响编译查找逻辑，还会影响变量的生命周期，命名空间域和类域不影响变量生命周期。

• 补充:
• 常见的域包括：
• - 局部域（比如函数内部的变量，只在函数内可见）
• - 类域（类的成员变量/函数，只在类内部或通过对象访问）
• - 命名空间域（由 namespace 定义的范围，比如 std 就是标准库的命名空间域）
• - 全局域（不在任何类、函数、命名空间内的名字，整个程序可见）
• - 命名空间 是C++专门为解决命名冲突设计的一种“域”，它是人为创建的、可以包含变量、函数、类等的范围，本质上是一种用户自定义的域。
• 简单类比：域就像“地理范围”（比如国家、省份、城市），而命名空间就像“人为划分的行政区”（比如某个开发区），它属于地理范围的一种，但更灵活——可以嵌套（比如 namespace A { namespace B { ... }} ），也可以跨文件扩展，专门用来管理名字的可见性。

1.3 作用域解析运算符

在C++中， ::  被称为作用域解析运算符，用来指定“某个名字属于哪个域（作用域）”，明确告诉编译器要使用哪个范围里的名字。
 

• 常见用法有：
• 1. 访问命名空间中的成员
• 比如  std::cout ，表示  cout  这个对象属于 std  命名空间（C++标准库的命名空间）。
• 2. 访问类中的静态成员或嵌套类型
• 例如在类  Person  中有一个静态函数  getCount() ，可以用  Person::getCount()  调用，表明这个函数属于  Person  类域。
• 3. 访问全局域中的名字
• 如果局部变量和全局变量重名，用  :: 变量名表示使用全局域的那个变量。比如：

int a = 10; // 全局变量
int main() {
    int a = 20; // 局部变量
    cout << a;      // 输出 20（局部变量）
    cout << ::a;    // 输出 10（全局变量）
}

• 简单说， ::  就像一个“路径指示符”，告诉编译器“去哪个范围找这个名字”，避免混淆。

1.4 注意事项

• 1. namespace只能定义在全局，当然他还可以嵌套定义。

• 1. 命名空间的定义位置
• 全局作用域：这是命名空间最常见的定义位置。在所有函数、类、块之外定义的命名空间，属于全局作用域的一部分，例如标准库的 std 命名空间。
• 不允许在局部作用域定义：命名空间不能在函数内部、块内部（如 if / for 的 {} 内）等局部作用域中定义。这是因为命名空间的设计目的是用于全局或大尺度的代码组织，而非局部临时使用。
• 2. 命名空间的嵌套定义
• 命名空间支持嵌套，即一个命名空间内部可以包含另一个命名空间，这是C++明确允许的，主要用于更细致的代码分类：

 

namespace A 
{          // 全局作用域的命名空间A
    namespace B 
    {      // 嵌套在A中的命名空间B
        int x = 10;
    }
}
// 使用时需通过嵌套路径访问
int main() {
    std::cout << A::B::x;  // 输出10
    return 0;
}

• 这种嵌套可以避免多层代码的命名冲突，比如大型项目中按模块划分一级命名空间，再按功能划分二级命名空间。

• 2. 项目工程中多文件中定义的同名namespace会认为是一个namespace，不会冲突。

• C++标准规定：同一个命名空间可以在多个不同的文件中分散定义，编译器会将这些分散的定义合并为一个完整的命名空间。

•  假设项目中有两个文件：
•  file1.cpp  中定义：

namespace MyProject 
{
    int a = 10;  // 命名空间 MyProject的一部分
}

• -  file2.cpp  中定义：

namespace MyProject   
{
    void func()    //与file1中的MyProject是同一个命名空间
    {}         
}

• 编译器会将两者合并，相当于：

namespace MyProject {
    int a = 10;
    void func() 
    {}
}

• 使用时， MyProject::a  和  MyProject::func()  可在整个项目中统一访问，不会因定义在不同文件而冲突。

• 3. C++标准库都放在一个叫std(standard)的命名空间中。

• C++标准库:
• C++标准库是C++语言官方规定的一套现成的工具集合，里面包含了大量已经写好的代码，程序员不用自己编写，直接就能用。
• 它就像一个“工具箱”，里面有：
• 数据结构：比如存放数据的 vector （动态数组）、 map （键值对集合）等，不用自己手动实现链表、哈希表了。
• 输入输出工具：比如 cout （输出内容到屏幕）、 cin （从键盘读取输入），负责程序和用户的交互。
• 字符串处理：比如 string 类，能方便地拼接、截取字符串，比C语言的字符数组好用得多。
• 算法：比如排序（ sort ）、查找（ find ）等，直接调用就能完成复杂操作。
• 其他功能：比如时间处理、数学计算、文件操作等。
• 简单说，标准库就是C++官方提供的“现成代码”，目的是让程序员少写重复代码，提高开发效率。

• std 命名空间
•  std 是“standard”（标准）的缩写，它是C++标准库专用的命名空间。
• 前面说过，命名空间的作用是“隔离代码，避免重名冲突”。标准库包含了太多工具（比如 vector 、 cout ），如果这些工具直接放在全局作用域，很可能和你自己写的变量/函数重名（比如你可能也想定义一个叫 vector 的函数）。
• 所以C++规定：标准库的所有工具都必须放在 std 这个命名空间里。
• 比如：
• 标准库的输出工具 cout ，完整名字是 std::cout （ std:: 表示“来自 std 命名空间”）。
• 标准库的动态数组 vector ，完整名字是 std::vector 。
• 这样一来，即使你自己定义了一个叫 cout 或 vector 的东西，也不会和标准库的工具冲突——因为标准库的工具被 std “包起来”了。
• 总结:
• C++标准库：官方提供的现成工具集合（数据结构、函数等），直接用能省时间。
• std 命名空间：专门用来存放标准库工具的“容器”，防止这些工具和你写的代码重名冲突。
• 使用标准库时，需要用 std:: 开头（比如 std::cout ），或者用 using namespace std; 简化（但不推荐在大型项目中用）。

• C++标准库将所有组件（如函数、类、模板等）都放在 std 命名空间中，这是C++标准明确规定的设计，主要目的和作用如下：
• 1. 避免命名冲突
• C++标准库包含大量常用组件（如 cout 、 vector 、 string 等），如果这些组件直接暴露在全局作用域中，很可能与用户自定义的标识符（变量、函数名等）重名，导致冲突。
• 例如，若用户自己定义了一个名为 vector 的函数，而标准库的 vector 容器也在全局作用域，编译器就无法区分两者，引发错误。
•  std 命名空间通过将标准库组件“隔离”在独立空间中，从根本上避免了这种冲突。
• 2. 明确标识标准库组件
•  std 是“standard”（标准）的缩写，使用 std:: 前缀（如 std::cout 、 std::vector ）可以清晰区分：这是标准库提供的组件，而非用户自定义或其他库的内容。
• 这增强了代码的可读性和可维护性，尤其是在大型项目中，能让开发者快速识别组件的来源。
• 3. 符合命名空间的设计初衷
• 命名空间的核心功能就是“组织代码、隔离作用域”，标准库作为C++的官方组件，自然会遵循这一机制。将所有标准库内容统一放在 std 中，是对命名空间功能的典型应用，也为用户提供了规范的代码组织范例。
• 总结
•  std 命名空间是C++标准库的“专属容器”，它通过隔离作用域避免了命名冲突，同时明确标识了标准库组件，是C++为规范代码组织、提升兼容性而设计的重要机制。使用标准库组件时，需通过 std:: 前缀访问（或通过 using 声明简化）。

1.5 命名空间的使用

编译查找一个变量的声明/定义时，默认只会在局部或者全局查找，不会到命名空间里面去查找。所以下面程序会编译报错。所以我们要使用命名空间中定义的变量/函数，有三种方式：

• 指定命名空间访问，项目中推荐这种方式。
• using将命名空间中某个成员展开，项目中经常访问的不存在冲突的成员推荐这种方式。
• 展开命名空间中全部成员，项目不推荐，冲突风险很大，日常小练习程序为了方便推荐使用。

2. C++输入和输出

C++ 的输入输出（I/O）系统主要依赖 <iostream>  头文件，核心是 cin （输入）和 cout （输出），它们属于 std  命名空间，以下详细拆解其用法、原理和特性：

• 1. 基础概念与头文件
• <iostream> ：
• 是 Input/Output Stream（输入输出流）的缩写，包含了 C++ 标准输入输出的核心定义，比如  cin（关联标准输入设备，通常是键盘）、 cout（关联标准输出设备，通常是屏幕）、 cerr（标准错误输出，直接输出到屏幕，不经过缓冲区）等。使用时需  #include <iostream>  引入。
• 命名空间  std ：
• C++ 标准库的组件（包括  cin / cout ）都放在  std  命名空间下，避免和用户自定义的变量/函数重名。因此直接用  cout  会报错，需写成  std::cout ；或用  using namespace std;  简化（小项目/练习常用，但大型项目不推荐，避免命名冲突）。

• 2. 核心对象： cout （输出）
•  cout 是 ostream 类的对象，用于向标准输出（屏幕）打印内容，配合  <<  流插入运算符 使用，语法：

• std::cout << 数据1 << 数据2 << ... << 操纵符;

• 基础用法：
• 自动识别变量类型，无需像 printf 那样手动指定格式（如  %d / %f ）。示例：

  int a = 10;
  double b = 3.14;
  std::cout << "整数：" << a << "，浮点数：" << b << std::endl;
  // 输出：整数：10，浮点数：3.14

• 常用操纵符：
• std::endl ：
• 本质是一个函数，作用是插入换行符  \n  + 刷新输出缓冲区（确保内容立刻显示到屏幕）。也可用  \n  替代换行，但  \n  不会主动刷新缓冲区。

• 3. 核心对象： cin （输入）
•  cin  是  istream  类的对象，用于从标准输入（键盘）读取数据，配合  >>  流提取运算符 使用，语法：

• std::cin >> 变量1 >> 变量2 >> ...;

• - 基础用法：
• 自动识别变量类型，按空白符（空格、换行、制表符）分割输入，跳过空白符直到遇到有效数据。示例：

  int a;
  double b;
  std::cin >> a >> b;
  // 输入：10 3.14（按回车结束），a=10，b=3.14

• - 注意事项：
• - 遇到无效输入（如给  int  变量输入字母）时， cin  会进入错误状态，后续输入会被阻塞。需用  cin.clear()  重置状态， cin.ignore()  清除缓冲区错误数据。

• 4. 和 C 语言  printf/scanf  的对比

• 特性	C++（ cin/cout ）	C（ printf/scanf ）
  类型支持	自动识别类型（依赖函数重载）	手动指定格式（ %d / %f  等）
  自定义类型支持	<< / >>  支持自定义类输入输出	无法直接支持，需拆分为基础类型
  代码简洁性	无需记忆格式符，写法更简洁	需精确匹配格式符，易出错
  效率	默认带缓冲区，效率稍低（可通过代码优化）	格式化灵活，但手动控制格式较繁琐
  命名空间依赖	属于  std  命名空间，需处理作用域	直接在全局作用域（ <stdio.h> ）

总结:

1. <iostream>是 Input Output Stream 的缩写，是标准的输入、输出流库，定义了标准的输入、输出对象。
2. std::cin 是 istream 类的对象，它主要面向窄字符（narrow characters (of type char)）的标准输入流。
3. std::cout 是 ostream 类的对象，它主要面向窄字符的标准输出流。
4. std::endl 是一个函数，流插入输出时，相当于插入一个换行字符加刷新缓冲区。
5. <<是流插入运算符，>>是流提取运算符。（C语言还用这两个运算符做位运算左移/右移）
6. 使用C++输入输出更方便，不需要像printf/scanf输入输出时那样，需要手动指定格式，C++的输入输出可以自动识别变量类型(本质是通过函数重载实现的，这个以后会讲到)，其实最重要的是C++的流能更好的支持自定义类型对象的输入输出。
7. cout/cin/endl等都属于C++标准库，C++标准库都放在一个叫std(standard)的命名空间中，所以要通过命名空间的使用方式去用他们。
8. 一般日常练习中我们可以 using namespace std，实际项目开发中不建议 using namespace std。
9. 这里我们没有包含<stdio.h>，也可以使用printf和scanf，在包含间接包含了。vs系列编译器是这样的，其他编译器可能会报错。

3. 缺省参数

3.1 缺省参数的定义

C++ 中的 缺省参数（Default Arguments）是一个实用特性，允许函数声明或定义时为参数指定默认值。调用函数时，若省略带缺省值的参数，编译器会自动用默认值填充，能简化调用、提升代码灵活性。

3.2 缺省参数的用法

• 1. 核心概念：给参数“预设值”
• 函数声明/定义时，可为右侧参数指定默认值。调用时：
• 若传入实参，用传入的值；
• 若省略，用默认值。
• 语法示例（声明时指定缺省）：

• void func(int a, int b = 10, int c = 20); // b、c 有默认值

• 调用方式：

• func(1);    // a=1, b=10（用默认）, c=20（用默认）
  func(1, 2); // a=1, b=2, c=20（用默认）
  func(1, 2, 3); // a=1, b=2, c=3（全用传入值）

• 2. 规则与限制
• 右侧优先原则
• 缺省参数必须从右往左连续设置，不能跳过中间参数。错误示例：

• void func(int a = 10, int b); // 错误！a 设了默认，但右侧 b 没设，违反“右侧连续”规则

• 正确写法需保证有缺省值的参数都在无缺省值参数的右侧：

• void func(int a, int b = 10, int c = 20); // 合法：b、c 连续在右侧

• 声明/定义只能选一处完整指定
• 缺省参数不能在声明和定义中重复设置，否则编译器会认为“默认值冲突”。
• - 场景 1：头文件声明 + 源文件定义
• 头文件（ .h ）声明时给默认值，源文件（ .cpp ）定义时不能重复给：

  // test.h（头文件）
  void func(int a, int b = 10); 
  // test.cpp（源文件）
  void func(int a, int b) 
  { 
      // 定义时不写默认值，避免冲突
      // ... 
  }

• - 场景 2：仅声明或仅定义（如 inline 函数）
• 若函数直接定义（如 inline 函数写在头文件），可直接在定义处给默认值：

  inline void func(int a, int b = 10)
  { 
      // ... 
  }

• 缺省值必须是“编译期可确定的常量”
• 默认值可以是：
• - 字面值（ 10 、 3.14 、 "hello"  等）；
• -  const  常量、 constexpr  变量；
• - 全局/静态变量（需注意作用域）。
• 错误示例（运行时才能确定的值，无法作为缺省）：

  int getDefault() { return 10; }
  void func(int a = getDefault()); // 错误！默认值需编译期确定

总结:

•  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，缺省参数分为全缺省和半缺省参数。（有些地方把缺省参数也叫默认参数）
• 全缺省就是全部形参给缺省值，半缺省就是部分形参给缺省值。C++规定半缺省参数必须从右往左依次连续缺省，不能间隔跳跃给缺省值。
• 带缺省参数的函数调用，C++规定必须从左到右依次给实参，不能跳跃给实参。
• 函数声明和定义分离时，缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现，规定必须函数声明给缺省值。

• 缺省参数是 C++ 简化函数调用、扩展接口兼容性的实用工具，核心规则是右侧连续设置、声明/定义只设一次、默认值编译期确定。
• - 日常开发中，用它给高频函数加“默认选项”，能减少重复代码；
• - 大型项目里，新增接口参数时用缺省值兼容旧代码，可降低重构成本；
• - 需注意与函数重载的分工、类继承中静态绑定的坑，避免引发意外行为。
• 合理使用缺省参数，能让代码更简洁、更易维护，是 C++ 工程师必备的语法糖之一 

4. 总结:

以上便是关于C++入门基础的第一部分内容,主要围绕着命名空间，C++的输入和输出以及缺省参数这三个模块展开详细讲解，这三个语法知识对于初学C++来说都非常至关重要。一定要了解并熟练掌握它们，为后面更难的学习内容打下坚实的基础。最后感谢大家的观看！