第二講 C++程序設(shè)計基礎(chǔ)簡化

第二講C++程序設(shè)計基礎(chǔ)主要內(nèi)容C++語言基本輸入輸出函數(shù)及新增特性new、delete操作符引用作用域、可見性、生命期C++標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出流

在C++中用istream類和ostream類的派生類iostream控制輸入輸出，并提供了輸入和輸出操作符，cin：它是istream類的對象，用來處理標(biāo)準(zhǔn)輸入，即鍵盤輸入。cout：它是ostream類的對象，用來處理標(biāo)準(zhǔn)輸出，即屏幕輸出。使用時務(wù)必包含#include<iostream.h>。<<稱為插入操作符，其作用是向cout流中插入字符。>>稱為提取操作符，其作用是從cin流中提取字符。無格式輸出cout無格式輸入cincout<<變量1<<變量2…<<變量n;cin>>數(shù)據(jù)1>>數(shù)據(jù)2…>>數(shù)據(jù)n;cout<<變量1<<變量2<<變量n;cin>>變量1>>變量2>>變量n;函數(shù)調(diào)用機(jī)制c++的函數(shù)調(diào)用過程，需要調(diào)用初始化和善后處理的環(huán)節(jié)。函數(shù)調(diào)用的整個過程就是?？臻g操作的過程。函數(shù)調(diào)用時，C++首先：1.建立被調(diào)函數(shù)的?？臻g2.保護(hù)調(diào)用函數(shù)的運(yùn)行狀態(tài)和返回地址3.傳遞參數(shù)4.將控制轉(zhuǎn)交被調(diào)函數(shù)函數(shù)的返回機(jī)制函數(shù)的調(diào)用機(jī)制當(dāng)函數(shù)調(diào)用結(jié)束時，如果存在返回值，系統(tǒng)會自動創(chuàng)建一個和返回值類型相同的臨時變量，將返回的局部變量的值賦給這個臨時變量，然后恢復(fù)調(diào)用函數(shù)的運(yùn)行狀態(tài)，釋放棧空間，釋放局部變量，使其屬于調(diào)用函數(shù)?？臻g的一部分，再根據(jù)返回地址，回到主調(diào)函數(shù)，在主調(diào)函數(shù)中使用臨時變量的值，當(dāng)函數(shù)調(diào)用語句結(jié)束時，再釋放臨時變量的空間。內(nèi)聯(lián)函數(shù)內(nèi)聯(lián)擴(kuò)展（inlineexpansion）簡稱為內(nèi)聯(lián)（inline），內(nèi)聯(lián)函數(shù)也稱為內(nèi)嵌函數(shù)。當(dāng)在一個函數(shù)的定義或聲明前加上關(guān)鍵字inline則就把該函數(shù)定義為內(nèi)聯(lián)函數(shù)，它主要是解決程序的運(yùn)行效率。計算機(jī)在執(zhí)行一般函數(shù)的調(diào)用時，無論該函數(shù)多么簡單或復(fù)雜，都要經(jīng)過參數(shù)傳遞、執(zhí)行函數(shù)體和返回等操作，這些操作都需要一定的時間開銷。若把一個函數(shù)定義為內(nèi)聯(lián)函數(shù)后，在程序編譯階段，編譯器就會把每次調(diào)用該函數(shù)的地方都直接替換為該函數(shù)體中的代碼，由此省去函數(shù)的調(diào)用及相應(yīng)的保存現(xiàn)場、參數(shù)傳遞和返回操作，從而加快整個程序的執(zhí)行速度。

內(nèi)聯(lián)函數(shù)可以在一開始僅定義或聲明一次，但必須在函數(shù)被調(diào)用之前定義或聲明。否則，編譯器不認(rèn)為那是內(nèi)聯(lián)函數(shù)，仍然如同對普通函數(shù)那樣處理該函數(shù)的調(diào)用過程。內(nèi)聯(lián)函數(shù)的函數(shù)體有一些限制：內(nèi)聯(lián)函數(shù)中不能含有任何循環(huán)以及switch和goto語句；內(nèi)聯(lián)函數(shù)中不能說明數(shù)組；遞歸函數(shù)（自己調(diào)用自己的函數(shù)）不能定義為內(nèi)聯(lián)函數(shù)。通常只適合1~5行的小函數(shù)。函數(shù)重載C++允許功能相近的函數(shù)在相同的作用域內(nèi)以相同函數(shù)名聲明，從而形成重載。方便使用，便于記憶。例：形參類型不同intadd(intx,inty);floatadd(floatx,floaty);形參個數(shù)不同intadd(intx,inty);intadd(intx,inty,intz);不要將不同功能的函數(shù)聲明為重載函數(shù)，以免出現(xiàn)調(diào)用結(jié)果的誤解、混淆。這樣不好：intadd(intx,inty);intadd(inta,intb);編譯器不以形參名來區(qū)分intadd(intx,inty);voidadd(intx,inty);編譯器不以返回值來區(qū)分intadd(intx,inty){returnx+y;}floatadd(floatx,floaty){returnx-y;}重載函數(shù)的形參必須不同:個數(shù)不同或類型不同。編譯程序?qū)⒏鶕?jù)實(shí)參和形參的類型及個數(shù)的最佳匹配來選擇調(diào)用哪一個函數(shù)。函數(shù)參數(shù)的默認(rèn)值函數(shù)在聲明時可以預(yù)先給出默認(rèn)的形參值，調(diào)用時如給出實(shí)參，則采用實(shí)參值，否則采用預(yù)先給出的默認(rèn)形參值。intadd(intx=5,inty=6){returnx+y;}voidmain(void){add(10,20);//10+20add(10);//10+6add();//5+6}默認(rèn)形參值必須從右向左順序聲明，并且在默認(rèn)形參值的右面不能有非默認(rèn)形參值的參數(shù)。因?yàn)檎{(diào)用時實(shí)參取代形參是從左向右的順序。例：int

add(int

x,inty=5,intz=6);//正確int

add(intx=1,inty=5,intz);//錯誤int

add(intx=1,inty,intz=6);//錯誤new和delete運(yùn)算符

new和delete操作符是c++語言的一部分，使用時無須包含頭文件，從堆中分配和釋放內(nèi)存塊。語法：

newT（初始值

）//T是類型

創(chuàng)建一個T類型對象，若成功，返回值為對象首地址，否則NULL。

newT[E]//E是算術(shù)表達(dá)式

創(chuàng)建一個T類型對象數(shù)組，成功時返回值為數(shù)組首地址，否則NULL，不允許有初始值，且類的構(gòu)造函數(shù)參數(shù)為空或都有缺省值。

delete指針變量刪除一個指針變量所指的對象

delete[]指針變量刪除一個指針變量所指的對象數(shù)組char*pstr=newchar[10];delete[]pstr;pi=newint[10][10];float*p=newfloat;const指針指向常量的指針constinta=78;constintb=28;intc=18;constint*pi=&a;*pi=58;//errorpi=&b;*pi=68;//errorpi=&c;*pi=88;//errorc=98;指針常量char*constpc=“asdf”;pc=“dfgh”;//error*pc=‘b’;*(pc+1)=‘c’;*pc++=‘y’;//errorconstintb=28;int*constpc=&b;//errorconstintci=7;intai;constint*constcpc=&ci;constint*constcpi=&ai;cpi=&ai;//error*cpi=39;//errorai=39指向常量的指針常量*pi是常量，但pi可以改變*cpc和cpc都是常量pc是常量，但*pc可以改變引用的概念引用的概念

引用是個別名，當(dāng)建立引用時，程序用另一個變量或?qū)ο?目標(biāo))的名字初始化它。建立引用后，引用作為目標(biāo)的別名而使用，對引用的改動實(shí)際就是對目標(biāo)的改動。引用的聲明

為建立引用，先寫上目標(biāo)的類型，后跟引用運(yùn)算符“&”，然后是引用的名字。引用能使用任何合法變量名。

intsomeInt;int&rInt=someInt;

引用不是值，不占存儲空間，聲明引用時，目標(biāo)的存儲狀態(tài)不會改變。引用只有聲明，沒有定義。且在聲明時必須初始化，否則產(chǎn)生編譯錯誤。引用的操作如果程序?qū)ふ乙玫牡刂?，它返回目?biāo)的地址引用一旦初始化，就維系在一定的目標(biāo)上，再也不分開，任何對該引用的賦值，都是對引用所維系的目標(biāo)賦值，而不是將引用維系到另一個目標(biāo)上。引用與指針的差別指針是變量，可以把它再賦值成其他的地址。建立引用時必須進(jìn)行初始化并且決不會再指向其他不同的變量。什么能被引用若一個變量聲明為T&，即引用時，它必須用T類型的變量或?qū)ο?，或能夠轉(zhuǎn)換成T類型的對象進(jìn)行初始化若引用類型T的初始化不是一個左值，那么將建立一個T類型的目標(biāo)并用初值初始化，那個目標(biāo)的地址變成引用的值例:double&rr=1;doubletemp;temp=double(1);double&rr=temp;int*a;int*&p=a;intb=8;p=&b;0110：F14E0110:F890ap80110：F14Eb由于指針也是變量，所以可以有指針變量的引用。不允許進(jìn)行引用對void進(jìn)行引用是不允許的。void&a=3;void只是在語法上相當(dāng)于一個類型，本質(zhì)上不是類型。不能建立引用的數(shù)組。inta[10];int&ra[10]=a;引用本身不是一種數(shù)據(jù)類型，故沒有引用的引用，也沒有引用的指針。例：inta;int&ra=a;int&*p=&ra;

引用不能用類型來初始化：int&ra=int;

因?yàn)橐檬亲兞炕驅(qū)ο蟮囊茫皇穷愋偷囊?。有空指針，無空引用。int&ri=NULL;用引用傳遞函數(shù)參數(shù)傳遞引用給函數(shù)與傳遞指針的效果一樣，傳遞的是原來的變量或?qū)ο螅皇窃诤瘮?shù)作用域內(nèi)建立的變量或?qū)ο蟮母北?。引用具有指針的威力，但是調(diào)用引用傳遞的函數(shù)時，可讀性卻比指針傳遞好。引用具有傳值方式函數(shù)調(diào)用語法的簡單性與可讀性，但是威力卻比傳值方式強(qiáng)。引用存在的問題引用可以表達(dá)清晰并讓程序員負(fù)責(zé)了解如何傳遞參數(shù)，但是在有些情況下它們能夠隱藏錯誤。

inta=10;intb=20;swap(a,b);引用隱藏了函數(shù)所使用的參數(shù)傳遞的類型，無法從所看到的函數(shù)調(diào)用判斷其是值傳遞還是引用傳遞。例：

voidfn(ints){//…}voidfn(int&t){//…}voidmain(){inta=5;fn(a);}用引用返回值函數(shù)只能返回一個值，若程序需要從函數(shù)返回多個值，引用和指針都可以用來實(shí)現(xiàn)這一過程。函數(shù)返回值時，要生成一個值的副本。而用引用返回值時，不生成值的副本。#include<iostream.h>floattemp;floatfn1(floatr){temp=r*r*3.14;returntemp;}float&fn2(floatr){temp=r*r*3.14;returntemp;}voidmain(){floata=fn1(5.0);

float&b=fn1(5.0);

floatc=fn2(5.0);

float&d=fn2(5.0);cout<<a<<endl;cout<<b<<endl;cout<<c<<endl;cout<<d<<endl;}如果返回不在作用域范圍內(nèi)的變量或?qū)ο蟮囊茫@與返回一個局部作用域指針的性質(zhì)一樣嚴(yán)重。函數(shù)調(diào)用作為左值返回一個引用使得一個函數(shù)調(diào)用表達(dá)式成為左值表達(dá)式。只要避免將局部棧中變量的地址返回，就能使函數(shù)調(diào)用表達(dá)式作為左值來使用。傳遞指針和引用的目的是效率，當(dāng)一個數(shù)據(jù)類型很大時，因?yàn)閭髦狄獜?fù)制副本，故不可取，但傳遞指針和引用存在傳值所沒有的危險。保護(hù)實(shí)參不被修改的辦法是傳遞const指針和引用。C++不區(qū)分變量的const引用和const變量的引用。程序決不能給引用本身重新賦值，使它指向另一個變量，因此引用總是const的。若對引用應(yīng)用關(guān)鍵詞const，其作用是使目標(biāo)成為const變量。即沒有：constdoubleconst&a=1;只有：constdouble&a=1;外部存儲類型一個程序在很小的規(guī)模下，可以用一個源文件來完整表達(dá)。具有應(yīng)用價值的程序由多個源文件組成，根據(jù)C++程序的定義，其中只有一個源文件具有主函數(shù)main()，而其他的文件不能含有主函數(shù)。所有函數(shù)聲明一般都放在源文件的開始位置。構(gòu)成一個程序的多個源文件之間，通過聲明數(shù)據(jù)或函數(shù)為外部的(extern)來進(jìn)行溝通。帶extern的變量不在本文件中分配空間，而在程序的其它文件中分配空間(變量定義)。默認(rèn)的函數(shù)聲明或定義總是extern的。它告訴連接程序，在所有組成該程序的文件中搜索該函數(shù)。帶extern的變量說明是變量聲明，不是變量定義靜態(tài)存儲類型靜態(tài)全局變量靜態(tài)函數(shù)在全局變量前加一個static，使該變量只在這個源文件中可用，稱之為全局靜態(tài)變量(靜態(tài)全局變量)。在一個源文件中，全局變量和靜態(tài)全局變量沒有區(qū)別。在多文件組成的程序里，全局靜態(tài)變量使得該變量成為定義該變量的源文件所獨(dú)享。使一個變量只在一個源文件中全局使用有時是必要的。第一，不必?fù)?dān)心另外源文件使用它的名字，該名字在源文件中是唯一的。第二，源文件的全局變量不能被其他源文件使用，不能被其他源文件所修改，保證變量的值是可靠的。

函數(shù)的聲明和定義默認(rèn)情況下在整個程序中是extern（外部的），有時需要使某個函數(shù)只在一個源文件中有效，不能被其他源文件所用，在函數(shù)前面加上static。它允許其他源文件建立并使用同名的函數(shù)，而不相互沖突，在很大的編程項目中它是一個優(yōu)勢。在文件作用域下聲明的inline函數(shù)默認(rèn)為static存儲類型。聲明的const的常量默認(rèn)為static存儲類型。若加上extern，則為外部存儲類型。作用域局部作用域函數(shù)作用域文件作用域函數(shù)原型作用域當(dāng)標(biāo)識符的聲明出現(xiàn)在由一對花括號所括起來的一段程序(塊)內(nèi)時，該標(biāo)識符的作用域從聲明點(diǎn)開始，到塊結(jié)束處為止，該作用域的范圍具有局部性。標(biāo)號是唯一具有函數(shù)作用域的標(biāo)識符。goto語句使用標(biāo)號標(biāo)號聲明使得該標(biāo)識符在一個函數(shù)內(nèi)的任何位置均可以被使用。

函數(shù)原型聲明(不是函數(shù)定義)中所作的參數(shù)聲明在該作用域中。這個作用域開始于函數(shù)原型聲明的左括號，結(jié)束于函數(shù)原型聲明的右括號。

文件作用域是在所有函數(shù)定義之外說明的，其作用域從說明點(diǎn)開始，一直延伸到源文件結(jié)束。靜態(tài)全局變量和全局變量是文件作用域的，靜態(tài)函數(shù)也是文件作用域的。所以文件作用域也稱全局作用域。在頭文件的文件作用域中所進(jìn)行的聲明，若該頭文件被一個源文件嵌入，則聲明的作用域也擴(kuò)展到該源文件中，直到源文件結(jié)束?？梢娦钥梢娦詮牧硪唤嵌缺憩F(xiàn)標(biāo)識符的有效性，標(biāo)識符在某個位置可見，表示該標(biāo)識符可以被引用?？梢娦耘c作用域是一致的。作用域指的是標(biāo)識符有效的范圍，而可見性是分析在某一位置標(biāo)識符的有效性。可見性在分析兩個同名標(biāo)識符作用域嵌套的特殊情況時，非常有用。在內(nèi)層作用域中，外層作用域中聲明的同名標(biāo)識符是不可見的，當(dāng)在內(nèi)層作用域中引用這個標(biāo)識符時，表示的是對內(nèi)層作用域中聲明的標(biāo)識符的引用。標(biāo)識符的可見性范圍不超過作用域，作用域則包含可見范圍。若全局變量被隱藏，則可用符號::來引用該全局變量。{inti;charch;i=3;{doublei;i=3.0e3;