【C++ 笔记】从 C 到 C++：核心过渡 （上）

前言：

C++ 是一门高效、灵活且功能强大的通用编程语言，由 Bjarne Stroustrup 于 1979 年在贝尔实验室开发。

它通常被视为 C 语言的延伸，在 C 语言的基础上增加了面向对象编程（OOP）和泛型编程的支持，同时C++ 是一门 “难学但上限极高”的语言，如果追求极致的程序运行效率，或者需要深入理解计算机底层运作原理，C++ 是必修课。

一、C与C++程序

C语言输出Hello World:

include <stdio.h> int main() { printf("Hello World\n"); return 0; }

C++输出Hello World:

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

我们发现：C语言和C++虽然同宗同源，但即使是输出简单的 "Hello World"，其背后的设计理念也有很大不同。

①C语言偏向“面向过程”，注重直接的函数调用；

②C++偏向“面向对象”，引入了流（Stream）和命名空间的概念。

所以，想吃透 C++ 的第一个程序，我们需要先掌握必要的前置知识。

二、命名空间

对于初学C++的帅观众，肯定会疑惑这句代码是什么意思，在C语言中从来没有看见过。

using namespace std;

其实，命名空间（Namespace） 是 C++ 为了解决 C 语言中“命名冲突”这一痛点而引入的关键特性。

因为在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、函数和类的名称将都存在于全局作⽤域中，可能会导致很多冲突。

而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。

2.1 为什么会出现命名冲突

例如：在头文件<stdlib.h>中，包含一个名为rand的函数，其原型如下：

rand函数原型：

int rand (void);

函数名：rand

返回值：int

参数：void，不需要传参。

功能：返回一个伪随机整数

#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; }

编译报错原因：

在不知道该函数的前提下，当你编写一个程序时，定义了一个名字也为 “rand” 的变量，此时命名冲突就发生了，编译器会认为rand进行了重定义。

因为之前rand是一个函数，而现在变成了一个整形变量，这样就导致了因为命名冲突而出现报错。

C++祖师爷就针对这样的问题，引出了命名空间

2.2 namespace的简单定义

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。

代码示例：在命名空间mount中定义变量、函数、自定义类型。

//namespace --关键字 mount：为改命名空间的名字 namespace mount { //命名空间中可以定义变量 int rand = 10; //可以定义函数 int Add(int left, int right) { return left + right; } //可以定义结构体变量 struct Node { struct Node* next; int val; }; }

2.3 命名空间解决命名冲突

回顾冲突的原因： 同一个域里，不能有两个东西都叫rand。

在没有命名空间之前，整个代码就像在一个大广场（全局域/Global Scope）上。

当你包含了头文件<stdlib.h>或<cstdlib>时，标准库就把一个叫rand的函数放到了这个大广场上。

如果你接着在广场上又定义了一个变量叫rand：

#include <stdlib.h> // 引入了系统自带的 rand 函数 int rand = 10; // 报错！冲突了！ int main() { // 编译器困惑：你这里的 rand 到底是指那个函数，还是这个整数？ // Error: 'rand' redeclared as different kind of symbol }

命名空间解决：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。

命名空间（Namespace） 的本质就是在广场上盖了一个私有的房间（或者说围了一个院子）。

当你定义namespace mount时，你创造了一个独立的空间。

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> // 系统 rand 函数 依然在“广场”上 // 我们建了一个叫 mount 的房间，把我们自己定义的 rand 变量关在里面 namespace mount { int rand = 10; } int main() { // 此时完全没有冲突： // 1. 系统 rand 函数，它在外面（全局域） // 2. 我们的 rand 变量，它在 mount 房间里（mount 域） return 0; }

2.4 访问命名空间

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。

#include<stdio.h> namespace mount { int a = 0; int b = 1; } int main() { // 编译报错：error C2065: “a”: 未声明的标识符 printf("%d\n", a); return 0; }

如果我们要使⽤命名空间中定义的 变量 / 函数，有三种⽅式：

① 指定命名空间访问，大型项⽬中推荐这种⽅式。

② 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。

③ 展开命名空间中全部成员，项⽬不推荐，冲突⻛险很⼤，⽇常⼩练习程序为了⽅便推荐使⽤。

“ : : ” 为域作用限定符，左边无命名空间名时，默认为全局

1. 当域作用限定符左边有命名空间名时，在该命名空间中寻找并调用

2. 当域作用限定符左边没有有命名空间名时，默认在全局中寻找并调用

2.4.1 指定命名空间访问

代码示例：

#include<stdio.h> namespace mount { int a = 10; void f() { printf("func N\n"); } int add(int a,int b) { return a+b; } //可以定义结构体变量 struct Node { struct Node* next; int val; }; } int c=10; // 指定命名空间访问 int main() { //调用命名空间中的变量 printf("%d\n", mount::a); //调用命名空间中的无参函数 mount::f(); //调用命名空间中的有参函数 mount::add(1,2); //声明命名空间中的结构体变量 struct mount::Node n1; //调用全局域的变量 printf("%d\n",::c); return 0; }

2.4.2 展开命名空间中某个成员

#include<stdio.h> namespace mount { int a = 10; void f() { printf("func N\n"); } int add(int a,int b) { return a+b; } //可以定义结构体变量 struct Node { struct Node* next; int val; }; } using mount::a; using mount::f(); //展开命名空间中某个成员 int main() { //展开后无需使用域限定符进行访问 printf("%d",a); f(); return 0; }

2.4.3展开命名空间中全部成员

#include<stdio.h> namespace mount { int a = 10; void f() { printf("func N\n"); } int add(int a,int b) { return a+b; } //可以定义结构体变量 struct Node { struct Node* next; int val; }; } using namespace mount; //展开命名空间中全体成员 int main() { //展开命名空间中全体成员后 //所有成员都无需使用域空间名进行访问 printf("%d",a); f(); add(1,2); struct Node n1; return 0; }

这样我们也就理解了为什么出现了 using namespace std;

因为C++标准库都放在⼀个叫std(standard)的命名空间中，我们通过将其展开，无需通过加上前缀std::，就可以便捷地使用。

2.5namespace的嵌套定义

命名空间的嵌套就像电脑文件夹里的“子文件夹”。

当项目变得非常巨大时，仅仅一层命名空间可能不够用了。

比如：一个大型游戏引擎，可能所有的代码都在Game命名空间下，但里面又分“图形”、“音频”、“网络”等模块。

namespace Game { // Game 下的 Graphics 模块 namespace Graphics { void render() { printf("正在渲染画面...\n"); } } // Game 下的 Audio 模块 namespace Audio { void playSound() { printf("正在播放声音...\n"); } } }

2.6多文件下的命名空间

多⽂件中可以定义同名namespace，他们会默认合并到⼀起，就像同⼀个namespace⼀样

代码实例演示：假设你在做一个电商系统，所有代码都归属于Shop命名空间，但你肯定不会把所有代码写在一个文件里。

文件 1:Cart.h(购物车模块)

// 第一次定义 Shop，编译器创建一个新域 namespace Shop { void add() { /*...*/ } }

文件 2:Order.h(订单模块)

// 再次遇到 Shop，编译器识别出已有该域，于是将 Order 加入其中 namespace Shop { void pay() { /*...*/ } }

文件 3:main.cpp(主程序)

#include "Cart.h" #include "Order.h" int main() { // 此时，在 main 函数看来，add函数 和 play函数 都在同一个 Shop 命名空间里 Shop::add(); Shop::play(); return 0; }

需要注意的“坑”:虽然同一个命名空间可以分布在多文件中，但是同一个变量/函数不能重复定义（除非是声明）。

错误示范：命名空间合并了，意味着x都在同一个屋檐下了，在一个屋檐下，不能有两个重名的x。

FileA.cpp:

namespace A { int x = 10; // 定义 x }

FileB.cpp:

namespace A { int x = 20; // 错误！x 重定义了 }

三、输入与输出

在C++程序中，我们通常包含<iostream>头文件，是 Input Output Stream（输入输出流）的缩写。

它是 C++ 标准库中的核心头文件 —— 输入输出流库，专门定义了cout（输出）、cin（输入）等标准输入、输出对象，是实现控制台输入输出的基础。

C++ 的输入输出不再使用函数（如scanf/printf），而是使用流对象配合运算符。

3.1 C++中的标准输入

C++的输入不再使用函数如scanf，而是通过定义在std命名空间中std::cin进行输入

代码示例：C++中的输入需要配合流插入运算符符号 “>>” 进行使用

#include<iostream> int main() { int a; std::cin>>a; return 0； }

代码示例：展开命名空间std标准库使用cin

#include<iostream> using namespace std; int main() { int a; cin>>a; return 0； }

3.2 C++中的标准输出

C++的输出不再使用函数如printf，而是通过定义在std命名空间中std::cout进行输出

代码示例：C++中的输出需要配合流提取符号 “<<” 进行使用

#include<iostream> int main() { int a=10; std::cout<<a; return 0； }

代码示例：展开命名空间std标准库使用cout

#include<iostream> using namespace std; int main() { int a=10; cout<<10; return 0； }

3.3 C++中的换行符

std::endl 本质是函数，它的核心区别于单纯的换行符 \n。

前者既实现换行，又会刷新缓冲区；而后者仅完成换行，无刷新缓冲区的动作。

代码示例：配合流提取运算符“<<”使用换行符

#include<iostream> using namespace std; int main() { int a=10; cout<<10<<endl; return 0； }

3.4 C++的IO优势

相比于 C 语言的printf/scanf，C++ 的方式更加“智能”：

①自动类型识别：不需要像 C 语言那样手动指定格式控制符（如%d,%c,%f）。

原理：本质是利用了 函数重载（后续会深入讲解）。

②支持自定义类型：这是最强大的地方，未来学完类和对象后，你可以让cin/cout直接输出你自定义的结构体或类。

3.5 C++的IO注意事项

• 命名空间：

  • 所有标准库内容都在namespace std中。

  • 练习时：可以直接using namespace std;图方便。

  • 项目中：不建议直接展开，应使用std::cout或using std::cout;以免污染命名空间。

• 关于 C 语言混用：

  • C++ 代码中依然可以使用printf/scanf。

  • 头文件陷阱：虽然 VS 编译器在包含<iostream>时可能会间接包含<stdio.h>（让你能直接用 printf），但这不符合标准。

  • 为了跨平台兼容，如果用 printf，最好显式包含<stdio.h>。

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