由C到C++

OOP第一課

• C語言的局限

• C++的特點

• C++的程序特征

• C++程序的結(jié)構(gòu)特性

• C++程序的編輯、編譯和運行

• ?C++對C的補充

C語言的局限

• 類型檢查機制相對較弱，使得程序中的一些錯誤不能在編譯時由編譯器檢查出來。

• C語言本身沒有支持代碼重用的語言結(jié)構(gòu)

• 不適合開發(fā)大型程序，當(dāng)程序的規(guī)模達到一定的程度時，程序員很難控制程序的復(fù)雜性。

C++的特點

C++繼承了C的優(yōu)點，并有自己的特點，主要有：

1、全面兼容C，C的許多代碼不經(jīng)修改就可以為Cpp所用，用C編寫的庫函數(shù)和實用軟件可以用于Cpp。

2、用C++編寫的程序可讀性更好，代碼結(jié)構(gòu)更為合理，可直接在程序中映射問題空間結(jié)構(gòu)。

3、生成代碼的質(zhì)量高，運行效率高。

4、從開發(fā)時間、費用到形成軟件的可重用性、可擴充性、可維護性和可靠性等方面有了很大提高，使得大中型的程序開發(fā)項目變得容易得多。

5、支持面向?qū)ο蟮臋C制，可方便的構(gòu)造出模擬現(xiàn)實問題的實體和操作。

C++的程序特征

例1.1 輸出一行字符：“This is a C++ program.”。

程序如下：

在運行時會在屏幕上輸出以下一行信息：

This is a C++ program.

• 用main代表“主函數(shù)”的名字。每一個C++程序都必須有一個 main 函數(shù)。main前面的int的作用是聲明函數(shù)的類型為整型。程序第6行的作用是向操作系統(tǒng)返回一個零值。如果程序不能正常執(zhí)行，則會自動向操作系統(tǒng)返回一個非零值，一般為-1。

• 函數(shù)體是由大括號{}括起來的。本例中主函數(shù)內(nèi)只有一個以cout開頭的語句。注意C++所有語句最后都應(yīng)當(dāng)有一個分號。

• 再看程序的第1行“#include

• ”，這不是Cpp的語句，而是Cpp的一個預(yù)處理命令，它以“#”開頭以與Cpp語句相區(qū)別，行的末尾沒有分號。

• #include <iostream>是一個“包含命令”，它的作用是將文件iostream的內(nèi)容包含到該命令所在的程序文件中，代替該命令行。文件iostream的作用是向程序提供輸入或輸出時所需要的一些信息。

• iostream是i-o-stream3個詞的組合，從它的形式就可以知道它代表“輸入輸出流”的意思，由于這類文件都放在程序單元的開頭，所以稱為“頭文件” (head file)。在程序進行編譯時，先對所有的預(yù)處理命令進行處理，將頭文件的具體內(nèi)容代替#include命令行，然后再對該程序單元進行整體編譯。

• 程序的第2行“using namespace std;”的意思是“使用命名空間std”。Cpp標(biāo)準庫中的類和函數(shù)是在命名空間std中聲明的，因此程序中如果需要用到Cpp標(biāo)準庫(此時就需要用#include命令行)，就需要用“using namespace std;”作聲明，表示要用到命名空間std中的內(nèi)容。

• 在初學(xué)C++時，對本程序中的第1,2行可以不必深究，只需知道：如果程序有輸入或輸出時，必須使用“#include

• ”命令以提供必要的信息，同時要用“using namespace std;”，使程序能夠使用這些信息，否則程序編譯時將出錯。

例1.2 求a和b兩個數(shù)之和

// 求兩數(shù)之和 (本行是注釋行)
#include <iostream> //預(yù)處理命令
using namespace std; //使用命名空間std
int main( ) //主函數(shù)首部
{ //函數(shù)體開始
    int a,b,sum; //定義變量
    cin>>a>>b; //輸入語句
    sum=a+b; //賦值語句
    cout<<″a+b=″<<sum<<endl; //輸出語句
    return 0; //如程序正常結(jié)束，向操作系統(tǒng)返回一個零值
} //函數(shù)結(jié)束

本程序的作用是求兩個整數(shù)a和b之和sum。

第1行“//求兩數(shù)之和”是一個注釋行，Cpp規(guī)定在一行中如果出現(xiàn)“//” ，則從它開始到本行末尾之間的全部內(nèi)容都作為注釋。

例1.3 給兩個數(shù)x和y， 求兩數(shù)中的大者

本程序包括兩個函數(shù):主函數(shù)main和被調(diào)用的函數(shù)max。

程序運行情況如下:

• 18 25 ↙ (輸入18和25給a和b)

• max=25 (輸出m的值)

注意輸入的兩個數(shù)據(jù)間用一個或多個空格間隔，不能以逗號或其他符號間隔。

在上面的程序中，max函數(shù)出現(xiàn)在main函數(shù)之前，因此在main函數(shù)中調(diào)用max函數(shù)時，編譯系統(tǒng)能識別max是已定義的函數(shù)名。如果把兩個函數(shù)的位置對換一下，即先寫main函數(shù)，后寫max函數(shù)，這時在編譯main函數(shù)遇到max時，編譯系統(tǒng)無法知道m(xù)ax代表什么含義，因而無法編譯，按出錯處理。

為了解決這個問題，在主函數(shù)中需要對被調(diào)用函數(shù)作聲明。上面的程序可以改寫如下：

#include <iostream>
using namespace std;
int max(int x,int y); //對max函數(shù)作聲明
int main( )
{
    int a,b,c;
    cin>>a>>b;
    c=max(a,b); //調(diào)用max函數(shù)例1.3 給兩個數(shù)x和y， 求兩數(shù)中的大者。
    cout<<″max=″<<c<<endl;
    return 0;
}
int max(int x,int y) //定義max函數(shù)
{
    int z;
    if(x>y) z=x;
    else z=y;
    return(z);
}

只要在被調(diào)用函數(shù)的首部的末尾加一個分號，就成為對該函數(shù)的函數(shù)聲明。函數(shù)聲明的位置應(yīng)當(dāng)在函數(shù)調(diào)用之前。

C++程序的結(jié)構(gòu)特性

一個面向?qū)ο蟮腃++程序一般由類的聲明和類的使用兩大部分組成。

類的使用部分一般由主函數(shù)及有關(guān)子函數(shù)組成。

典型的C++程序結(jié)構(gòu)

在C++程序中，程序設(shè)計始終圍繞“類”展開。通過聲明類，構(gòu)建了程序所要完成的功能，體現(xiàn)了面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的思想。

C＋＋程序的編輯、編譯和運行

C++源程序文件的擴展名為.CPP

可以用多種編譯器編輯、編譯和運行

C++對C的補充

1、注釋與續(xù)行

• 注釋符：“/*”和“*/” 或“//” 。

Cpp新增了注釋語句，它由“//”開始，到行尾結(jié)束。

例如：

X = y + z; /*This is a comment */
X = y + z; //This is a comment

• 續(xù)行符：“\”（反斜杠）。作用是當(dāng)一個語句太長時可以用該符號把它分段寫在幾行中。
  例：

2、輸入輸出流

C中I/O操作出現(xiàn)的問題：

int i;
float f;
scanf(“%f”,i);
printf( “%d”,d);

Cpp中使用更安全更方便的方法：

cout和cin分別是C++的標(biāo)準輸出流和輸入流。Cpp支持重定向，但一般cout指的是屏幕， cin指的是鍵盤。

操作符“<<”和“>>”除了具有C語言中定義的左移和右移的功能外，在這里符號“<<”是把右方的參數(shù)寫到標(biāo)準輸出流cout中；相反，符號“>>”則是將標(biāo)準輸入流的數(shù)據(jù)賦給右方的變量。

例1.4 一個完整的C++程序

#include <iostream.h>
int main()
{
    char name[20];
    cout << 'Hello， your name： ';
    cin >> name;
    cout << name;
    return 0;
}

注意：

• 程序中必須包含頭文件iostream.h

• cin和>>,cout和<<配套使用

• cin可以輸入多個數(shù)據(jù),但要用空白符隔開（tab，空格，回車）

如：cin >> a >> b >> c;

• 換行符：'\n’或endl

如：cout << “x=” << x << endl; cout << “x=” << x << '\n’;

• 使用cout和cin時，也可以對輸入和輸出的格式進行控制，比如可用不同的進制方式顯示數(shù)據(jù)，只要設(shè)置轉(zhuǎn)換基數(shù)的操作符dec、hex和oct即可。

例1.5 操作符dec、 hex和oct的使用

輸出結(jié)果為：19 25 31

3、靈活的變量說明

定義變量的位置

在程序中的不同位置采用不同的變量定義方式，決定了該變量具有不同的特點。變量的定義一般可有以下三種位置：

(1) 在函數(shù)體內(nèi)部

在函數(shù)體內(nèi)部定義的變量稱為局部變量，這種局部變量只在進入定義它的函數(shù)體時起作用，離開該函數(shù)體后該變量就消失（被釋放），即不再起作用。因此，不同函數(shù)體內(nèi)部可以定義相同名稱的變量，而互不干擾。

(2) 形式參數(shù)

當(dāng)定義一個有參函數(shù)時，函數(shù)名后面括號內(nèi)的變量，統(tǒng)稱為形式參數(shù)。

(3) 全局變量

在所有函數(shù)體外部定義的變量，其作用范圍是整個程序，并在整個程序運行期間有效。

• 在C語言中，全局變量聲明必須在任何函數(shù)之前，局部變量必須集中在可執(zhí)行語句之前。

• Cpp中的變量聲明非常靈活，它允許變量聲明與可執(zhí)行語句在程序中交替出現(xiàn)。
  

例如

f( )
{
    int i;
    i=10;
    int j;
    j=25;
    // …
}
float fun(int x,int y)
{
    for(int i=0;i<10;i++)
    {
        int sum=0;
        sum=sum+i;
        cout<<“sum=”<<sum;
    }
    int z=0;
    z=x+y;
}

4、結(jié)構(gòu)、聯(lián)合和枚舉名

在C++中，結(jié)構(gòu)名、聯(lián)合名、枚舉名都是類型名。在定義變量時，不必在結(jié)構(gòu)名、聯(lián)合名或枚舉名前冠以struct、union或enum。

例如：

在傳統(tǒng)的C中，定義變量時，必須寫成：

enum boole done;
struct string str;
union number x;

但是，在C++中，可以說明為：

5、函數(shù)原型

C語言建議編程者為程序中的每一個函數(shù)建立原型，而Cpp要求為每一個函數(shù)建立原型，以說明函數(shù)的名稱、參數(shù)類型與個數(shù)，以及函數(shù)返回值的類型。

其主要目的是讓C++編譯程序進行類型檢查，即形參與實參的類型匹配檢查，以及返回值是否與原型相符，以維護程序的正確性。

例如

int sum(int a,int b);   //是函數(shù)sum的原型

• 函數(shù)原型語法的一般形式為：返回類型 函數(shù)名（參數(shù)表）；

• 函數(shù)原型是一條語句，它必須以分號結(jié)束。

例1.6 函數(shù)原型的說明

在程序中，要求一個函數(shù)的原型出現(xiàn)在該函數(shù)的調(diào)用語句之前。

說明：

• 函數(shù)原型的參數(shù)表中可不包含參數(shù)的名字，而只包含它們的類型。例如：long Area(int ,int);

• 函數(shù)定義由函數(shù)首部和函數(shù)體構(gòu)成。函數(shù)首部和函數(shù)原型基本一樣，但函數(shù)首部中的參數(shù)必須給出名字而且不包含結(jié)尾的分號。

• Cpp的參數(shù)說明必須放在函數(shù)說明后的括號內(nèi)，不可將函數(shù)參數(shù)說明放在函數(shù)首部和函數(shù)體之間。這種方法只在C中成立。

• 主函數(shù)不必進行原型說明，因為它被看成自動說明原型的函數(shù)。

• 原型說明中沒有指定返回類型的函數(shù)(包括主函數(shù)main)，Cpp默認該函數(shù)的返回類型是int

• 如果一個函數(shù)沒有返回值，則必須在函數(shù)原型中注明返回類型為void，主函數(shù)類似處理。

• 如果函數(shù)原型中未注明參數(shù)，Cpp假定該函數(shù)的參數(shù)表為空(void)。

6、const修飾符

• 在C中，習(xí)慣使用#define定義常量。

一般格式： #define 宏名 常數(shù)

如

#define PI 3.14
…………
s = 2 * PI * r;
…………

• C++利用const定義正規(guī)常數(shù)

一般格式：const 數(shù)據(jù)類型標(biāo)識符 常數(shù)名=常量值；

采用這種方式定義的常量是類型化的，它有地址，可以用指針指向這個值，但不能修改它。

說明:

1、const必須放在被修飾類型符和類型名前面

2、數(shù)據(jù)類型是一個可選項，用來指定常數(shù)值的數(shù)據(jù)類型，如果省略了該數(shù)據(jù)類型，那么編譯程序認為它是 int 類型。

如：const int a=10; 表示定義了一個初始值為10的整型常量，它在程序中不可改變，但可用于表達式的計算中。

例2.6 #define的不安全性

但實際的輸出是：T2 is 2

const作用與#define相似，但消除了#define的不安全性。

如果用const取代了兩個#define,就不會引起這個錯誤。

#include<iostream.h>
int main()
{
    int a=1;
    const T1=a+a;
    const T2=T1-T1;
    cout <<'T2 is'<<T2<<endl;
    return 0;
}

const可以與指針一起使用

• （1）指向常量的指針：一個指向常量的指針變量。

例如：

• （2）常指針：把指針本身，而不是它指向的對象聲明為常量。

例如：

char* const pc=“abcd”;  //常指針
pc[3]='x’;  //合法
pc=“efgh”;  //出錯

創(chuàng)建一個常指針，就是創(chuàng)建一個不能移動的固定指針，但是它所指的數(shù)據(jù)可以改變。例如:

• （3）指向常量的常指針：這個指針本身不能改變，它所指向的值也不能改變。

要聲明一個指向常量的常指針，二者都要聲明為const。

例如：

這個語句的含義是：聲明了一個名為pc的指針變量，它是一個指向字符型常量的常指針，用“abcd”的地址初始化該指針。

說明

• (1). 如果用const定義的是一個整型常量，關(guān)鍵詞int可以省略。所以下面的兩語句是等價的

  const int bufsize=200;

  const bufsize=200;

• (2). 常量一旦被建立，在程序的任何地方都不能再更改。

• (3). 與#define定義的常量有所不同，const定義的常量可以有自己的數(shù)據(jù)類型，這樣C++的編譯程序可以進行更加嚴格的類型檢查，具有良好的編譯時的檢測性。

• (4). 函數(shù)參數(shù)也可以用const說明，用于保證實參在該函數(shù)內(nèi)部不被改動，大多數(shù)C++編譯器能對具有const參數(shù)的函數(shù)進行更好的代碼優(yōu)化。

例如：通過函數(shù)i_Max求出整型數(shù)組a[200]中的最大值，函數(shù)原型應(yīng)該是：int i_Max(const int* ptr);

這樣做的目的是確保原數(shù)組的數(shù)據(jù)不被破壞，即在函數(shù)中對數(shù)組元素的操作只許讀，而不許寫。調(diào)用時的格式可以是：i_Max(a);

7、void型指針

void 通常表示無值，但將void作為指針的類型時，它卻表示不確定的類型。

這種void型指針是一種通用型指針，也就是說任何類型的指針值都可以賦給void類型的指針變量。

例如下面的程序段

void pa;    //錯誤，不能聲明void類型的指針變量
void* pc;   //正確，可以聲明void類型的指針
int i=456;
char c='a’;
pc=&i;
pc=&c;

void型指針可以接受任何類型的指針的賦值，但對已獲值的void型指針，對它在進行處理，如輸出或傳遞指針值時，則必須進行強制類型轉(zhuǎn)換，否則會出錯。

8、內(nèi)聯(lián)函數(shù)

調(diào)用函數(shù)時系統(tǒng)要付出一定的開銷，用于信息入棧出棧和參數(shù)傳遞等。特別是對于那些函數(shù)體較小但調(diào)用又較頻繁的函數(shù)，計算機的開銷相對就比較可觀。

在C語言中，用宏替換，可解決這個問題。例如，有如下的函數(shù)：

add(int x,int y)
{
    return x+y;
}

用宏替換時，上面的函數(shù)功能可寫為：

C++引進了內(nèi)聯(lián)函數(shù)（inline function）的概念。

宏替換實質(zhì)上是文字替換。內(nèi)聯(lián)函數(shù)與一般函數(shù)不同的是，在進行程序的編譯時，編譯器將內(nèi)聯(lián)函數(shù)的目標(biāo)代碼作拷貝并將其插入到調(diào)用內(nèi)聯(lián)函數(shù)的地方。

例1.7 內(nèi)聯(lián)函數(shù)的使用

#include 'iostream.h'
inline double circle(double r)
{return 3.1416*r*r;}
int main()
{
    for(int i=1;i<=3;i++)
        cout<<'r='<<i<<' area='<<circle(i)<<endl;
    return 0;
}

說明：

• (1). 內(nèi)聯(lián)函數(shù)在第一次被調(diào)用前必須進行聲明或定義，否則編譯器將無法知道應(yīng)該插入什么代碼。

• (2). C++的內(nèi)聯(lián)函數(shù)具有與C中的宏定義#define相同的作用和類似機理，但消除了#define的不安全性。

• (3). 內(nèi)聯(lián)函數(shù)體內(nèi)一般不能有循環(huán)語句和開關(guān)語句。

• (4). 后面類結(jié)構(gòu)中所有在類說明體內(nèi)定義的函數(shù)都是內(nèi)聯(lián)函數(shù)。

• (5). 通常較短的函數(shù)才定義為內(nèi)聯(lián)函數(shù)。

9、帶有缺省參數(shù)值的函數(shù)

在C++中，函數(shù)的參數(shù)可以有缺省值。

當(dāng)調(diào)用有缺省參數(shù)的函數(shù)時，如果相應(yīng)的參數(shù)沒有給出實參，則自動用相應(yīng)的缺省參數(shù)值作為其實參。

函數(shù)的缺省參數(shù)，是在函數(shù)原型中給定的。

例如：

說明：

• （1）在函數(shù)原型中，所有取缺省值的參數(shù)必須出現(xiàn)在不取缺省值的參數(shù)的右邊。

  int fun(int I,int j=5,int k); 錯誤

  int fun(int I,int k,int j=5); 正確

• （2）在函數(shù)調(diào)用時，若某個參數(shù)省略，則其后的參數(shù)皆應(yīng)省略而采用缺省值。

  init (,20) 錯誤

例.編寫一個帶有默認參數(shù)的函數(shù)，使得在默認情況下顯示兩個整數(shù)的較大者，否則顯示兩個整數(shù)的較小者。

int main()
{
    void showValue(int x, int y, bool Max = true); // 聲明函數(shù)
    int a = 5, b = 10;
    showValue(a,b);
    showValue(a,b,false);
    return 0;
}
void showValue(int x, int y, bool Max = true) // 定義函數(shù)
{
    if(Max)
        cout << “the bigger value is: ' << (x>y)?x:y << endl;
    else
        cout << 'the smaller value is: ' << (x<y)?x:y << endl;
}

10、函數(shù)重載

(1) 什么是函數(shù)重載

函數(shù)重載是指一個函數(shù)可以和同一作用域中的其他函數(shù)具有相同的名字，但這些同名函數(shù)的參數(shù)類型、參數(shù)個數(shù)不同。如：

在本例中定義了兩個名稱都叫whatitis的函數(shù)，但它們的形參類型不同。因此，這兩個函數(shù)就是重載函數(shù)。

(2) 為什么要使用函數(shù)重載

在原有C語言中，每個函數(shù)必須有其唯一的名稱，這樣的缺點是所有具有相同功能、而只是函數(shù)參數(shù)不一樣的函數(shù)，就必須用一個不同的名稱.

而C++中采用了函數(shù)重載后，對于具有同一功能的函數(shù)，如果只是由于函數(shù)參數(shù)類型不一樣，則可以定義相同名稱的函數(shù)。

(3) 匹配重載函數(shù)的順序

由于重載函數(shù)具有相同的函數(shù)名，在進行函數(shù)調(diào)用時，系統(tǒng)一般按照調(diào)用函數(shù)時的參數(shù)個數(shù)、類型和順序來確定被調(diào)用的函數(shù)。

具體來說，按以下三個步驟的先后次序找到并調(diào)用那個函數(shù)：

• （1）尋找一個嚴格的匹配，即：調(diào)用與實參的數(shù)據(jù)類型、個數(shù)完全相同的那個函數(shù)。

• （2）通過內(nèi)部轉(zhuǎn)換尋求一個匹配，即：通過（1）的方法沒有找到相匹配的函數(shù)時，則由C++系統(tǒng)對實參的數(shù)據(jù)類型進行內(nèi)部轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完畢后，如果有匹配的函數(shù)存在，則執(zhí)行該函數(shù)。

• （3）通過用戶定義的轉(zhuǎn)換尋求一個匹配，若能查出有唯一的一組轉(zhuǎn)換，就調(diào)用那個函數(shù)。即：在函數(shù)調(diào)用處由程序員對實參進行強制類型轉(zhuǎn)換，以此作為查找相匹配的函數(shù)的依據(jù)。

例1.8 重載例子

#include <iostream.h>
void print(double d)
{ cout<<'this is a double '<<d<<'\n'; }
void print(int i)
{ cout<<'this is an integer '<<i<<'\n'; }
void main()
{
    int x=1,z=10;
    float y=1.0;
    char c='a';
    print(x);   //按規(guī)則（1）自動匹配函數(shù)void print(int i)
    print(y);   //按規(guī)則（2）通過內(nèi)部轉(zhuǎn)換匹配函數(shù) void print(double i)
    //因為系統(tǒng)能自動將float型轉(zhuǎn)換成double型
    print(c);   //按規(guī)則（2）通過內(nèi)部轉(zhuǎn)換匹配函數(shù) void print(int i)
    //因為系統(tǒng)能自動將char型轉(zhuǎn)換成int型
    print(double(z));   //按規(guī)則（3）匹配void print(double i)
    //因為程序中將實參z強制轉(zhuǎn)換為double型。
}

例 重載例子

編寫一個程序，用來求兩個整數(shù)或3個整數(shù)中的最大數(shù)。如果輸入兩個整數(shù)，程序就輸出這兩個整數(shù)中的最大數(shù)，如果輸入3個整數(shù)，程序就輸出這3個整數(shù)中的最大數(shù)。

(4) 定義重載函數(shù)時的注意事項

• 重載函數(shù)間不能只是函數(shù)的返回值不同，應(yīng)至少在形參的個數(shù)、參數(shù)類型或參數(shù)順序上有所不同。
  如：

void myfun(int i)
{………………}
int myfun(int i)
{………………}
// 這種重載是錯誤的

• 應(yīng)使所有的重載函數(shù)的功能相同。如果讓重載函數(shù)完成不同的功能，會破壞程序的可讀性。

(5) 函數(shù)模板

1) 函數(shù)模板 (function template)：

建立一個通用函數(shù)，其函數(shù)類型和形參類型不具體指定，而是一個虛擬類型。

2) 應(yīng)用情況：

凡是函數(shù)體相同的函數(shù)都可以用這個模板來代替，不必定義多個函數(shù)，只需在模板中定義一次即可。在調(diào)用函數(shù)時系統(tǒng)會根據(jù)實參的類型來取代模板中的虛擬類型，從而實現(xiàn)了不同函數(shù)的功能。

3) 一般形式：
- template < typename T> // 模板頭 通用函數(shù)定義
- template <class T> // 模板頭 通用函數(shù)定義
- template <class T1,typename T2> // 多個參數(shù) 通用函數(shù)定義

說明：class與typename可以通用

#include <iostream>
using namespace std;
template<typename T> // 模板聲明，其中T為類型參數(shù)
T max(T a, T b) // 定義一個通用函數(shù)， T作為虛擬的類型名
{
    if(b>a) return b;
    else return a;
}
//template <typename T> T max(T a, T b)
//{
//…
//}
int main( )
{
    int i1=111, i2=222, i;
    double d1=12.34, d2=56.78,d;
    i=max(i1,i2); // 調(diào)用模板函數(shù)，此時T被 int 取代
    d=max(d1,d2,d3); // 調(diào)用模板函數(shù)，此時T被 double 取代
    cout<<'i_max=' << i <<endl;
    cout<<'f_max=' <<f<<endl;
    return 0;
}

函數(shù)模板說明：

1) 在對程序進行編譯時，遇到第13行調(diào)用函數(shù)max(i1,i2)， 編譯系統(tǒng)會將函數(shù)名max與模板max相匹配，將實參的類型取代了函數(shù)模板中的虛擬類型T。此時相當(dāng)于已定義了一個函數(shù)，然后調(diào)用它。

2) 與重載函數(shù)比較：用函數(shù)模板比函數(shù)重載更方便，程序更簡潔。但應(yīng)注意它只適用于：函數(shù)的參數(shù)個數(shù)相同而類型不同，且函數(shù)體相同的情況。如果參數(shù)的個數(shù)不同，則不能用函數(shù)模板；

3) main函數(shù)不能定義為模板函數(shù)。

11. 作用域標(biāo)示符::

通常情況下，如果有兩個同名變量，一個是全局的，另一個是局部的，那么局部變量在其作用域內(nèi)具有較高的優(yōu)先權(quán)。

下面的例子說明了這個問題。

#include 'iostream.h'
int avar=10;
main( )
{
    int avar;
    avar=25;
    cout<<'avar is'<<avar<<endl;
    return 0;
}

如果希望在局部變量的作用域內(nèi)使用同名的全局變量，可以在全局變量加上“::”，此時::avar代表全局變量avar

12、無名聯(lián)合

無名聯(lián)合是C++中的一種特殊聯(lián)合，可以聲明一組無標(biāo)記名共享同一段內(nèi)存地址的數(shù)據(jù)項。如：

union{
    int i;
    float f;
}

在此無名聯(lián)合中，聲明了變量i和f具有相同的存儲地址。無名聯(lián)合可通過使用其中數(shù)據(jù)項名字直接存取，例如可以直接使用上面的變量i或f，如：i=20;

13、強制類型轉(zhuǎn)換

在C中數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換的一般形式：（數(shù)據(jù)類型標(biāo)識符）表達式

C++支持這樣的格式，還提供了一種更為方便的函數(shù)調(diào)用方法，即將類型名作為函數(shù)名使用，使得類型轉(zhuǎn)換的執(zhí)行看起來好像調(diào)用了一個函數(shù)。形式為：數(shù)據(jù)類型標(biāo)識符 （表達式）

int i=10;
float x=float(i);

以上兩種方法C++都接受，但推薦使用后一種方式。

14、動態(tài)內(nèi)存分配

作為對C語言中malloc和free的替換，C++引進了new和delete操作符。它們的功能是實現(xiàn)內(nèi)存的動態(tài)分配和釋放。

動態(tài)分配new的一般形式是：

• 指針變量=new 數(shù)據(jù)類型；

• 指針變量=new 數(shù)據(jù)類型(初始值);

釋放由new操作動態(tài)分配的內(nèi)存時，用delete操作。

它的一般形式是：delete 指針變量;

delete a;
delete b;

例1.9 操作符new和delete的使用

例1.10 將new和delete用于結(jié)構(gòu)類型

#include<iostream.h>
#include<string.h>
struct person {
    char name[20];
    int age;
};
main()
{
    person *p;
    p=new person;
    strcpy(p->name， 'Wang Fun');
    p->age=23;
    cout<<'\n'<<p->name<<' '<<endl<<p->age;
    delete p;
    return 0;
}

與C的內(nèi)存動態(tài)分配和釋放操作（malloc和free）相比，C++提供的動態(tài)分配有以下優(yōu)點

• (1) new和delete 操作自動計算需要分配和釋放類型的長度。這不但省去了用sizeof計算長度的步驟，更主要的是避免
  了內(nèi)存分配和釋放時因長度出錯帶來的嚴重后果；

• (2) new操作自動返回需分配類型的指針， 無需使用強制類型轉(zhuǎn)換；

• (3) new操作能初始化所分配的類型變量。

• (4) new和delete都能可以被重載，允許建立自定義的內(nèi)存管理法。

對使用new和delete的幾點說明：

• (1)用new分配的空間，使用結(jié)束后應(yīng)該用delete顯示的釋放，否則這部分空間將不能回收而變成死空間。

• (2)使用new動態(tài)分配內(nèi)存時，如果沒有足夠的內(nèi)存滿足分配要求， new將返回空指針(NULL)。因此通常要對內(nèi)存的動態(tài)分配是否成功進行檢查。

例1.11 對內(nèi)存的動態(tài)分配是否成功進行檢查

• (3) 使用new可以為數(shù)組動態(tài)分配內(nèi)存空間這是需要在類型后面綴上數(shù)組大小。其語法形式為：
  指針變量=new 類型名 [下標(biāo)表達式];

  如：int *pi=new int[2][3][4];

  其中第一維的界值可以是任何合法的表達式，如：int i=3; int *pi=new int[ i ][2][3];

  例如：int *pi=new int[10];

  這時new為具有10個元素的整型數(shù)組分配了內(nèi)存空間，并將首地址賦給了指針pi。

  使用new為多維數(shù)組分配空間時，必須提供所有維的大小，

• (4) 釋放動態(tài)分配的數(shù)組存儲區(qū)時，可使用delete運算符，其語法形式為：delete [ ]指針變量;

  無須指出空間的大小，但老版本的Cpp要求在delete的方括號中標(biāo)出數(shù)字，以告訴Cpp要釋放多少個元素所占的空間。例如：delete []pi; delete [10]pi;

• (5) new可在為簡單變量分配內(nèi)存空間的同時，進行初始化。這時的語法形式為：指針變量=new 類型名(初始值列表)

例 1.12 new為簡單變量分配內(nèi)存空間的同時，進行初始化

#include <iostream.h>
int main()
{
    int *p;
    p=new int(99); // 動態(tài)分配內(nèi)存，并將99作為初始值賦給它
    if (!p)
    {
        cout<<'allocation failure\n';
        return 1;
    }
    cout<<*p;
    delete p;
    return 0;
}

例 1.13 給數(shù)組分配內(nèi)存空間的例子。

15. 引用

(1) 引用的概念

引用就是某一變量（目標(biāo)）的一個別名，這樣對引用的操作就是對目標(biāo)的操作。

引用的聲明方法： 類型標(biāo)識符 &引用名=目標(biāo)變量名;

int a;
int &ra=a; //定義引用ra,它是變量a的引用，即別名

說明：

• （1） &在此不是求地址運算，而是起標(biāo)識作用。

• （2） 類型標(biāo)識符是指目標(biāo)變量的類型。

• （3）聲明引用時，必須同時對其進行初始化。

• （4）引用聲明完畢后，相當(dāng)于目標(biāo)變量名有兩個名稱。

• （5）聲明一個引用，不是新定義了一個變量，系統(tǒng)并不給引用分配存儲單元。

例1.15 引用的使用

結(jié)果：

i=30 j=30
i=80 j=80
Address of oxfff4
Address of oxfff4

例1.16 使用引用可以簡化程序

運行結(jié)果：

i is 15
*iptr is 15
rptr is 15
After changing i to 29：
i is 29
*iptr is 29
rptr is 29

(2) 引用的使用

• （1）引用名可以是任何合法的變量名。除了用作函數(shù)的參數(shù)或返回類型外，在聲明時，必須立即對它進行初始化，不能聲明完后再賦值。

• （2）引用不能重新賦值，不能再把該引用名作為其他變量名的別名，任何對該引用的賦值就是該引用對應(yīng)的目標(biāo)變量名的賦值。對引用求地址，就是對目標(biāo)變量求地址。

int i=5;
int &j1=i; 
int &j2=j1; 

• （3）由于指針變量也是變量，所以，可以聲明一個指針變量的引用。方法是： 類型標(biāo)識符 *&引用名=指針變量名;

#include <iostream.h>
void main()
{
    int *a; //定義指針變量a
    int *&p=a; //定義引用p，初始化為指針變量a，所以p是a的引用（別名）
    int b=10;
    p=&b; //等價于a=&b，即將變量b的地址賦給a。
    cout<<*a<<endl; //輸出變量b的值
    cout<<*p<<endl; //等價于cout<<*a;
    cout<<a<<endl; //輸出a和p的地址
    cout<<p<<endl;
}

• （4）引用是對某一變量或目標(biāo)對象的引用，它本身不是一種數(shù)據(jù)類型，因此引用本身不占存儲單元，這樣，就不能聲明引用的引用，也不能定義引用的指針。

• （5）不能建立數(shù)組的引用，因為數(shù)組是一個由若干個元素所組成的集合，所以就無法建立一個數(shù)組的別名。

• （6）不能建立空指針的引用

int &rp=NULL; //錯誤

• （7）也不能建立空類型void的引用，因為盡管在C++語言中有void數(shù)據(jù)類型，但沒有任何一個變量或常量屬于void類型。

• (8) 盡管引用運算符與地址操作符使用相同的的符號，但時不一樣的。引用僅在聲明時帶有引用運算符&，以后就像普通變量一樣使用，不能再帶&。其他場合使用的&都是地址操作符。

int j=5;
int& i=j; // 聲明引用i， '&'為引用運算符
i=123; // 使用引用i，不帶引用運算符
int *pi=&i; // 在此， '&'為地址操作符
cout<<&pi; // 在此， '&'為地址操作符

(3) 用引用作為函數(shù)的參數(shù)

一個函數(shù)的參數(shù)也可定義成引用的形式

在主調(diào)函數(shù)的調(diào)用點處，直接以變量作為實參進行調(diào)用即可，不需要實參變量有任何的特殊要求。

swap(a,b); //直接以a和b作為實參調(diào)用swap函數(shù)

例1.17 采用指針參數(shù)的例子

運行結(jié)果：

a=5 b=10
a=10 b=5

例1.18 采用“引用參數(shù)”傳遞函數(shù)參數(shù)

運行結(jié)果：

a=5 b=10
a=10 b=5

(4) 用引用返回函數(shù)值

函數(shù)可以返回一個引用，將函數(shù)說明為返回一個引用的主要目的是：為了將函數(shù)用在賦值運算符的左邊。

要以引用返回函數(shù)值，則函數(shù)定義時要按以下格式：

類型標(biāo)識符 &函數(shù)名（形參列表及類型說明）

{函數(shù)體}

說明

• 以引用返回函數(shù)值，定義函數(shù)時需要在函數(shù)名前加&

• 用引用返回一個函數(shù)值的最大好處是，在內(nèi)存中不產(chǎn)生被返回值的副本。

例1.19 返回引用的函數(shù)

例1.20 用引用返回函數(shù)的值

#include<iostream.h>
int A[10];
int& array(int i);
void main()
{
    int i， number;
    A[0]=0;
    A[1]=1;
    cin>>number;
    for (i=2;i<number;i++)
    {
        array(i)=array(i-2)+array(i-1);
        cout<<'array('<<i<<')='<<array(i)<<endl;
    }
}
int& array(int i)
{
    return A[i];
}

運行結(jié)果：

array(2)=1
array(3)=2
array(4)=3
array(5)=5
array(6)=8
array(7)=13
array(8)=21
array(9)=34

• 在定義返回引用的函數(shù)時，注意不要返回該函數(shù)內(nèi)的自動變量 (局部變量)的引用，由于自動變量的生存期僅限于函數(shù)內(nèi)部，當(dāng)函數(shù)返回時，自動變量就消失了。

• 傳遞引用給函數(shù)與傳遞指針的效果是一樣的，但使用更簡練。

• 使用引用傳遞函數(shù)的參數(shù)，在內(nèi)存中并沒有產(chǎn)生實參的副本，它是直接對實參操作；

void swap(int *p1, int *p2)
{
    int p;
    p=*p1; //必須用“*指針變量名”的形式操作目標(biāo)變量
    p1=*p2;
    *p2=p;
}
main()
{
    int a,b;
    cin>>a>>b;
    swap(&a,&b); //必須以變量a和b的地址作為實參
    cout<<a<<b;
}

如何使一個被調(diào)函數(shù)同時返回多個值

由于函數(shù)的返回值是通過函數(shù)體中的return語句完成的，但一個return語句只能返回一個值，為此，我們可以采用以下方法：

• （1）利用全局變量的方法：在函數(shù)中把所需數(shù)據(jù)保存在全局變量中。當(dāng)被調(diào)函數(shù)執(zhí)行完畢后在主調(diào)函數(shù)中直接讀取全局變量的值即可。

• （2）使用指針或數(shù)組的方法：指針作為函數(shù)參數(shù)的情況下，可將主調(diào)函數(shù)的某些變量的地址傳遞給被調(diào)函數(shù)。

• （3）利用引用的方法：使用引用傳遞參數(shù)，可以在被調(diào)函數(shù)中改變主調(diào)函數(shù)中目標(biāo)變量的值，這種方法實際上就是可以使被調(diào)函數(shù)返回多個值。

例 使用引用使函數(shù)返回多個值

以下定義了可以同時返回10個數(shù)中的最大值和最小值的函數(shù)max_min。

例 以下程序中定義了一個普通的函數(shù)fn1（它用返回值的方法返回函數(shù)值），另外一個函數(shù)fn2，它以引用的方法返回函數(shù)值。

#include <iostream.h>
float temp; //定義全局變量temp
float fn1(float r); //聲明函數(shù)fn1
float &fn2(float r); //聲明函數(shù)fn2
float fn1(float r) //定義函數(shù)fn1，它以返回值的方法返回函數(shù)值
{
    temp=(float)(r*r*3.14);
    return temp;
}
float &fn2(float r) //定義函數(shù)fn2，它以引用方式返回函數(shù)值
{
    temp=(float)(r*r*3.14);
    return temp;
}
void main() //主函數(shù)
{
    float a=fn1(10.0);//第1種情況，系統(tǒng)生成要返回值的副本(即臨時變量)
    float &b=fn1(10.0);//第2種情況，可能會出錯(不同C++系統(tǒng)有不同規(guī)定)
    //不能從被調(diào)函數(shù)中返回一個臨時變量或局部變量的引用
    float c=fn2(10.0); //第3種情況，系統(tǒng)不生成返回值的副本
    //可以從被調(diào)函數(shù)中返回一個全局變量的引用
    float &d=fn2(10.0); //第4種情況，系統(tǒng)不生成返回值的副本
    //可以從被調(diào)函數(shù)中返回一個全局變量的引用
    cout<<a<<c<<d;
}

一個返回引用的函數(shù)值作為賦值表達式的左值

一般情況下，賦值表達式的左邊只能是變量名，即被賦

值的對象必須是變量，只有變量才能被賦值，常量或表達式不能被賦值，但如果一個函數(shù)的返回值是引用時，賦值號的左邊可以是該函數(shù)的調(diào)用。

例2-26 測試用返回引用的函數(shù)值作為賦值表達式的左值。

用const限定引用

聲明方式：const 類型標(biāo)識符 &引用名=目標(biāo)變量名;

用這種方式聲明的引用，不能通過引用對目標(biāo)變量的值進行修改，從而使引用的目標(biāo)成為const，達到了引用的安全性。

例2-27

#include “iostream.h”
double &fn(const double &pd)
{
    static double ad=32;
    ad+=pd;
    cout<<pd<<endl;
    return ad;
}
void main()
{
    double a=100.0;
    double &pa=fn(a);
    cout<<pa<<endl;
    a=200.0;
    pa=fn(a);
    cout<<pa<<endl;
}

程序運行的結(jié)果

引用總結(jié)

• （1）在引用的使用中，單純給某個變量取個別名是毫無意義的，引用的目的主要用于在函數(shù)參數(shù)傳遞中，解決大對象的傳遞效率和空間不如意的問題。

• （2）用引用傳遞函數(shù)的參數(shù)，能保證參數(shù)傳遞中不產(chǎn)生副本，提高傳遞的效率，且通過const的使用，保證了引用傳遞的安全性。

• （3）引用與指針的區(qū)別是，指針通過某個指針變量指向一個對象后，對它所指向的變量間接操作，程序中使用指針，程序的可讀性差；而引用本身就是目標(biāo)變量的別名，對引用的操作就是對目標(biāo)變量的操作。

課后練習(xí)題目

#include<iostream.h>
int &max(int &num1,int &num2); // 返回一個較大值
int &min(int &num1,int &num2); // 返回一個較小值
main()
{
    int num1， num2;
    cout<<'Enter the first number: ';
    cin>>num1;
    cout<<'Enter the second number: ';
    cin>>num2;
    max(num1,num2)=0;
    cout<<'\nAfter putting zero in largest, the numbers are';
    cout<<'\n'<<num1<<' and '<<num2<<'\n';
    cout<<'\nNow， please enter two more numbers.\n';
    cout<<'Enter the first number :';
    cin>>num1;
    cout<<'Enter the second number:';
    cin>>num2;
    min(num1， num2)=0;
    cout<<'\nAfter putting zero in smallest the numbers are';
    cout<<'\n'<<num1<<' and '<<num2<<'\n';
    return 0;
}
int &max(int &num1,int &num2)
{
    return (num1>num2)?num1:num2;
}
int &min(int &num1,int &num2)
{
    return (num1<num2)?num1:num2;
}