标准C++day1——名字空间和堆内存管理

一、C++介绍

本贾尼.斯特劳斯特卢普，于1979年在贝尔实验室负责分析UNIX系统内核流量的分布情况时，特别希望有一种更加模块化的工具，于1979.10开始着手研发一款新的编程语言，在C语言的基础上增加了面向对象的机制，也就是C++，1983年完成了C++的第一个版本

C++与C的关联和重要区别：

1、C++完全兼容C语言的所有内容

2、支持面向对象的编程思想 //C是面对过程的

3、支持运算符重载、函数重载的编译时多态机制 //抽象（封装）继承多态

4、泛型编程、模版编程

5、支持异常处理

6、类型检查更加严格

7、C++增加了名字空间的机制

二、第一个C++程序

#include <iostream>
using namespace std;

int main(int argc,const char* argv[])
{
    cout << "Hello World!" << endl;
    return 0;
}

1、文件扩展名由 .c 变成 .cpp .cc .C .cxx

2、编译器由gcc变成g++，gcc也可以继续使用，需要增加编译参数

-xC++ -lstdc++

3、C++语言的标准头文件不带.h，iostream意为in out stream，在C++中输入、输出被封装成了流操作(数据流)，C语言的头文件还可以继续使用，但是标准C的头文件建议名字换成前面加c 后缀去掉的新名字例如 cstdio，为了删除原C标准头文件中的大量的宏，重新放入名字空间中，防止命名冲突

4、C++输入、输出

cout 用于输出

cin 用于输入

不需要占位符，会自动识别数据类型

printf/scanf 属于C标准库中的函数

cout/cin 是C++标准库中的类对象 //不是函数

5、增加了名字空间机制，是C++为了解决命名冲突而发明的一项机制

三、C++与C数据类型的不同

1、结构的不同

a、不再需要通过typedef来缩短结构类型名，在C++中设计好结构后，定义结构类型时不再需要使用struct关键字了

b、结构中可以有成员是成员函数、成员变量，结构变量、结构指针使用 . 和 -> 访问成员，如果是成员函数，那么可以直接访问同结构中的任何成员，不需要.和->

c、结构中有一些隐藏的成员函数：构造函数、析构函数、拷贝构造、赋值操作

d、结构可以继承其它结构，也可以被其他结构所继承

e、可以给成员赋予访问控制属性

public 公开的(默认)

protected 保护的结构内和继承了它的结构中能使用

private 私有的只有结构中才能使用

2、联合的不同

a、不再需要通过typedef来缩短联合类型名，在C++中设计好联合后，定义联合类型时不再需要使用union关键字了

b、联合中可以有成员是成员函数、成员变量，联合变量、联合指针使用 . 和 -> 访问成员，如果是成员函数，那么可以直接访问同联合中的任何成员，不需要.和->

c、联合中有一些隐藏的成员函数：构造函数、析构函数、拷贝构造、赋值操作

d、可以给成员赋予访问控制属性

public 公开的(默认)

protected 保护的联合内和继承了它的联合中能使用

private 私有的只有联合中才能使用

3、枚举的不同

a、不再需要通过typedef来缩短枚举类型名，在C++中设计好枚举后，定义枚举类型时不再需要使用enum关键字了

b、C++编译器会对枚举的值进行检查，如果不符合就报错，只能给名字

c、C语言使用整型来模拟的，C++中的枚举类型是一种真正的数据类型，所以不能与整型进行隐式类型转换了

4、布尔类型的不同

a、C++中有真正的布尔类型，bool、true、false 是C++的关键字，不再需要包含 stdbool.h 头文件

b、true、false 在C++中是1字节，而C语言是4字节(int) //bool不是C语言的关键字所以写c需要导入头文件

注意：无论C还是C++，bool类型变量只能存储0|1

5、字符串的不同

a、C++中的字符串被封装成了 string 类，可以与C语言的字符串进行转换

b、string类被封装在 string 文件，并属于std名字空间，但是string已经被iostream包含

c、使用string类，可以通过运算符的方式直接操作字符串，但是C语言string.h中的str系列函数也可以继续使用

= strcpy

+= strcat

== strcmp 相同为真

size() length() strlen 只算字符个数

d、C++中没有规定string类必须以''结尾，编译器在实现时可以在结尾加上''也可以不加，由编译器决定，因为string是一个类，它的长度信息已经被封装记录在私有成员变量中了

6、void*的不同

在C语言中，void*类型可以与任意类型的指针进行自动转换

在C++中，void*类型不可以自动转换成其他任意类型的指针，如果需要把void*类型的指针赋值给其他类型的指针时，必须通过强制类型转换后才能赋值，为了提高指针数据类型的安全性

但是其他类型的指针还是可以自动转换成void*类型的指针，因为C语言标准库、系统函数中采用了大量的void*类型作为参数，如果不保留这个方式会导致C++在调用这些函数时非常麻烦

int* p = (int*)malloc(4);

四、名字空间

1、为什么需要名字空间

由于C++完全兼容C语言，C++标准库中自带大量的类、函数、宏，而且支持继承语法，导致全局的标识符大量增加，因此命名冲突的概率极大的增加，因此名字空间就是为了解决命名冲突

2、什么是名字空间

是C++中一种对命名空间进行逻辑划分的一种技术

namespace xxx

{

变量;

函数;

结构、联合、枚举;

类;

...

}

定义了名字空间后形成了一个相对封闭的作用域空间

3、如何使用

1、直接导入

using namespace xxx;

之后就可以直接使用名字空间中的所有内容，虽然方便，实际工作中不建议

2、域限定符 ::

xxx::标识符

4、名字空间可合并

名字空间可以被多次定义，不同位置的名字空间编译器会在编译时自动合并

a.cpp

namespace n1{int a;}

b.cpp

namespace n1{int b;}

main.cpp

using namespace n1;// 会把a、b都导入进来

5、名字空间中的声明和定义可以分开

a.h

namespace n1{

extern int num;

}

a.cpp

int n1::num;

注意：可以分开定义，但是必须加上名字空间名::变量名

6、匿名名字空间

所有全局标识符都归属于同一个名字空间，称为匿名名字空间，可以通过 ::全局标识符来指定访问匿名名字空间中的内容

例如：同名的全局变量被同名局部变量屏蔽后，可以以此指定访问全局变量

7、名字空间可以嵌套

 namespace n1{

        int num = 10;

        namespace n2{

            int num = 20;

            namespace n3{

                int num = 30;  

            }

        }  

    }

采用逐层分解访问

n1::n2::n3::num

导入指定层的名字空间

using namespace n1::n2;

8、可以给名字空间的名字取别名

namespace n123 = n1::n2::n3

五、C++的堆内存管理

1、语法格式：

类型* p = new 类型名;

new 分配内存，相当于C语言的malloc

delete p;

delete 释放内存相当于C语言的free(p)

2、new 允许在分配内存时直接初始化内存

类型* p = new 类型名(val);

int* p = new int(10);

3、new/delete 不能与 malloc/free 混合使用

int* p = new int;

free(p);

虽然语法允许，但是不能这样混合使用

因为使用new分配内存时，会自动调用结构、联合、类类型的构造函数，使用delete释放内存时，会自动调用结构、联合、类类型的析构函数

但是malloc和free都不会调用，如果混用，就会导致构造、析构没有对应调用

4、连续内存的申请和释放

类型* p = new 类型名[个数];

int* p = new int[10];//10个int类型的连续堆内存40字节

new[] 会多次调用构造函数

delete[] p;

delete[]专门用于释放通过 new[] 申请出来的内存

delete[]也会多次调用析构函数

注意：malloc/free new/delete new[]/delete[] 都不能混用

注意：通过new[]为结构、联合、类类型申请的内存的前4字节[-1]中记录了申请的次数，这样就可以让编译器知道需要调用多少次构造函数和析构函数

5、重复释放问题

delete可以释放空指针，但是也不能重复释放其他有效地址，与free一致

6、内存分配失败

malloc分配内存失败会返回NULL

new分配内存失败会抛出一个异常std::bad_array_new_length，如果不接异常并处理，那么会终止

7、返回值类型不同

malloc返回一个void*类型的指针

new返回一个对应类型的指针

malloc/free 和 new/delete 的区别？

身份(本质)：          函数                 关键字/运算符

返回值： void*                  对应类型的指针

参数：字节个数(手动计算) 类型(自动计算字节个数)

连续内存：手动计算总字节数 new[个数]

扩容：           realloc                  无法直接处理

失败：返回NULL 抛异常

构造析构：        不调用                调用

初始化：不能初始化            可以初始化

头文件：           stdlib.h                 不需要

函数重载：          不允许重载            允许

内存分配的位置：堆内存                  自由存储区

注意：自由存储区是一个抽象的概念，而不是具体某个位置段，平时一般称new是分配在堆内存也问题不大，因为new底层默认调用了malloc，所以此时称分配在堆内存没问题，但是new可以像运算符一样被程序员重载或借助 new(地址) 类型两种方式分配内存时，可以分配到其他内存段，所以称为自由存储区