Cpp_C和C++区别

发表于2021-09-27更新于2025-11-04阅读次数

C++体系内容

要掌握C++，需要建立以下知识体系：

  • 编译链接过程
  • 函数调用过程
  • C和C++区别
    • 基础部分和C++基本一样，只需区分
    • 数组、循环、判断、宏不再讲，一样
  • 面向对象
  • 运算符重载
  • 模板
  • 继承与多态
  • STL：容器、泛型算法、函数对象
  • 智能指针
  • C++项目

本篇文章通过介绍C和C的区别，一窥C的体系形态。

输入输出

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#include<stdio.h>
int main()
{
    int a = 0;
    char ch = '\0';
    scanf("%d %c", &a, &ch);
    printf("a = %d , ch = %c \n", a, ch);
    return 0;
}
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#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
    int a = 0;
    char ch = '\0';
    cin >> a >> ch;//不可写作cin >> a, ch;
    cout << "a = " << a << "\t" << "ch = " << ch << endl;
    return 0;
}

函数的区别

函数参数默认值

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int fun(int a, int b, int c)
{
    cout << a << endl;
    cout << b << endl;
    cout << c << endl;
    return 0;
}
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int fun(int a, int b, int c = 10)
{
    cout << a << endl;//<<为输出运算符。
    cout << b << endl;
    cout << c << endl;
    return 0;
}
int main()
{
    int a = 1;
    int b = 2;
    fun(a,b);
    //知识点：函数的默认值参数：如果不传c，则填充默认值，push 0Ah，其他的参数push eax。
    //在函数声明或者定义的时候给定参数默认值；如果实参传递的时候不给该形参传值，则会按照默认值传参。
    //函数的默认值参数 是在编译期，生成指令的时候，直接生成入参指令。
    //函数参数默认值不能传递变量，必须是常量。因为变量在编译期时无法取值。
    return 0;
}
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//以下情况不可以，在调用此函数时，会出现歧义。因此编译器不能通过。
//函数的参数只能从右向左依次连续赋值，不能跳过
int fun(int a, int b = 10, int c)
{
    cout << a << endl;
    cout << b << endl;
    cout << c << endl;
    return 0;
}
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//但是如下代码可以运行，结果为1, 10, 20.
//相当于fun函数在定义时定义c的默认值为20，在声明时定义b的默认值为10。
int fun(int a, int b, int c = 20)
{
    cout << a << endl;//<<为输出运算符。
    cout << b << endl;
    cout << c << endl;
    return 0;
}
int fun(int a, int b = 10, int c);
int main()
{
    int a1=1;
    fun(a1);
}
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//错误，函数的默认值参数在同一作用域只能赋值一次，不能重复给相同的一个参数赋值。
int fun(int a, int b, int c = 20)
{
    cout << a << endl;//<<为输出运算符。
    cout << b << endl;
    cout << c << endl;
    return 0;
}
int fun(int a, int b, int c = 30);
//无法运行，提示参数默认值重定义赋值。
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//不可行。编译是针对单文件的，所以不能知道在其他文件函数中定义的函数参数默认值
#fun.cpp
int fun(int a, int b, int c = 20)
{
    cout << a << endl;
    cout << b << endl;
    cout << c << endl;
    return 0;
}
#main.cpp
int fun(int a, int b, int c);
int main()
{
    int a1 = 1;
    int b1 = 2;
    fun(a1,b1);
    return 0;
}

总结

因为函数参数的默认值是在编译器带入的，所以函数的参数的默认值只能在本单文件（不包括头文件，头文件的信息是在预编译期就展开了。）生效。

inline和内联

在调用内联函数时，该函数会在调用点将代码展开（复制）。

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inline int fun1(int a, int b)
{
    int c = a + b;
    cout << c << endl;
    return c;
}
int main()
{
    int a1 = 1;
    int b1 = 2;
    fun1(a1,b1);
    return 0;
}

与一般函数的对比

  • 一般函数调用是一个消耗很大的过程

    1. 传参
    2. call调用函数
    3. 开辟栈帧
    4. 如果有返回值则返回结果
    5. 栈帧回退
    6. 参数清除

  • 内联函数

    1. 在函数的调用点展开（函数体中的指令复制过去）
    2. 不用传参
    3. 不用call
    4. 不用…

debug和release对比

  • 在debug版本，内联函数失效，和正常函数调用方式一致；
  • 在release版本，在调用内联函数时候，该函数会在调用点展开。

哪些函数不能被展开

内联函数是在编译时期，生成指令时展开的。

  • 递归函数无法展开。因为递归函数的终止条件一定需要由变量决定，递归层数不定。而编译期是无法得知变量的具体值。所以递归函数不能被处理为内联函数。

inline和内联的关系

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inline int fun1(int a, int b)
{
    fun1(a,b);
    //不报错，只警告
}

为何不会报错？

inline只是对编译器、CPU的建议，声明建议将该函数处理为内联。实际情况由编译器视情况决定。意思就是：虽然有的函数加了inline修饰，但是结果不一定被内联处理。

宏函数、static函数、内联函数的对比

宏函数

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#define SUM(a,b) {a+b;}
  1. 预编译时期在调用点展开
  2. 无法调试
  3. 没有参数类型安全校验，因为它连类型都无法指出
  4. 作用域：单文件可见
  5. 预编译期就展开了，不生成符号

static函数

  1. 不展开
  2. 可以调试
  3. 有参数类型安全校验
  4. 作用域：单文件可见
  5. 生成local型符号

内联函数

  1. debug版本不展开；release版本在调用点展开
  2. debug版本可以调试；release版本不可调试
  3. 有参数类型安全校验
  4. 作用域：单文件可见
  5. debug生成local符号；release版本不生产符号。
    • 为何在release版本不生成符号？：编译期间已经展开了，相当于函数签名是透明的，不能生成符号
    • 为何在debug版本生成符号？：debug要求能够调试函数，既然要调试函数，就要知道函数的详细信息，不能内联处理，所以要生成符号以标识。
    • 为何debug版本生成的是local符号？：编译期只处理、生成单文件，内联函数本意是只展开在本单文件中，不能用于其他文件，所以只能是local符号。

普通函数

不展开，可以调试，有参数类型校验，多文件可见，生成global符号。

函数的重载-静多态

函数的重载–静多态–编译时期的多态–早绑定

函数的原型

函数的重载就要看准函数的原型：包括函数返回类型、函数名、形参列表（其中形参名可省略），且不需要函数体。

但是我们不能拿函数返回类型作为重载的标志，因为会产生二义性。

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char Max(char a, char b)
{
    return a>b?a:b;
}
int Max(char a, char b)
{
    return a>b?a:b;
}
//如此如果能编译通过的话，你说你是返回char还是返回int？char本质上也是一个整型！所以不能这样编写。

所以Cpp中的重载就是：函数名相同，参数列表不同。

按函数生成的符号区分函数

符号不能同名，否则被认为是重定义。因此生成的符号不能一样。

Cpp中的函数可以重载，C语言不可以。因为C语言和Cpp生成函数符号的效果不同。

  • C语言生成函数符号仅依赖函数名。
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//c语言的写法
bool compare1(int a, int b)
{
    return a > b;
}
bool compare2(char a, char b)
{
    return a > b;
}
int main()
{
    int a1 = 1;
    int b1 = 2;
    
    char a2 = 'c';
    char b2 = 'b';
    
    compare1(a1,b1);
    compare2(a2,b2);
}
  • C++生成函数符号依赖函数名和参数列表（返回值不影响）。
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bool compare(int a, int b)
{
    cout << "bool compare(int a, int b)" << endl;
}
bool compare(char a, char b)
{
    cout << "bool compare(char a, char b)" << endl;
}

静多态

函数重载后，究竟调用哪个函数？是在编译时期决定的，因为编译生成指令和符号，才能确定call哪个具体的函数——静多态的一种

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//可以运行，因为虽然main中只是声明，但是会生成UND符号，会寻找链接。
#fun.cpp
bool compare(int a, int b)
{
    cout << "bool compare(int a, int b)" << endl;
}
bool compare(char a, char b)
{
    cout << "bool compare(char a, char b)" << endl;
}
#main.cpp
bool compare(int a, int b);//*UND*
bool compare(char a, char b);
int main()
{
    int a1 = 1;
    int b1 = 2;
    
    char a2 = 'c';
    char b2 = 'b';
    
    compare1(a1,b1);
    compare2(a2,b2);
}

名字修饰约定（名字粉碎）

image-20220104201210066

修饰名(Decoration name)

“C”或者“C++”函数在内部（编译和链接）通过修饰名识别。修饰名是编译器在编译函数定义或者原型时生成的字符串。有些情况下使用函数的修饰名是必要的，如在模块定义文件里头指定输出“C++”重载函数、构造函数、析构函数，又如在汇编代码里调用“C”或“C++”函数等。

修饰名由函数名、类名、调用约定、返回类型、参数等共同决定。

名字修饰约定

名字修饰约定随调用约定和编译种类(C或C++文件)的不同而变化。下面分别说明。

  • C编译时函数名修饰约定规则：
    1. __stdcall调用约定在输出函数名前加上一个下划线前缀，后面加上一个“@”符号和其参数的字节数，格式为_functionname@number。
    2. __cdecl调用约定仅在输出函数名前加上一个下划线前缀，格式为_functionname。
    3. __fastcall调用约定在输出函数名前加上一个“@”符号，后面也是一个“@”符号和其参数的字节数，格式为@functionname@number。

它们均不改变输出函数名中的字符大小写，这和PASCAL调用约定不同，PASCAL约定输出的函数名无任何修饰且全部大写。

  • C++编译时函数名修饰约定规则：
    1. __stdcall调用约定：
      1. 以“?”标识函数名的开始，后跟函数名；
      2. 函数名后面以“@@YG”标识参数表的开始，后跟参数表；
      3. 参数表以代号表示
        1. X--void ， D--char， E--unsigned char， F--short， H--int，I--unsigned int， J--long， K--unsigned long， M--float，N--double， _N--bool，....
        2. PA表示指针，后面的代号表明指针类型，如果相同类型的指针连续出现，以“0”代替，一个“0”代表一次重复；
      4. 参数表的第一项为该函数的返回值类型，其后依次为参数的数据类型，指针标识在其所指数据类型前；
      5. 参数表后以“@Z”标识整个名字的结束，如果该函数无参数，则以“Z”标识结束。
        1. 其格式为“?functionname@@YA*****@Z”或“?functionname@@YG*XZ”。例如int Test1(char *var1,unsigned long)：“?Test1@@YGHPADK@Z”
    2. __cdecl调用约定：规则同上面的_stdcall调用约定，只是参数表的开始标识由上面的“@@YG”变为“@@YA”。
    3. __fastcall调用约定：规则同上面的_stdcall调用约定，只是参数表的开始标识由上面的“@@YG”变为“@@YI”
    4. VC对函数的缺省声明是"__cedcl"，将只能被C/C调用。

符号

符号=数据+指令

符号的来源

所有的数据都会生成符号。

指令中（比如函数声明）只有函数名会生成符号。

符号又可分为两种

  • 全局符号-global符号

    • 所有的文件都可以引入。

  • 局部符号-local符号

    • 只有本文件可见。

具体表现

  • 普通的函数生成的是global符号。
  • 被inline修饰的函数，语义为只在本文件可见，所以生成的是local符号。
  • 如果函数只是声明而未在本文件定义，生成的符号是UND。
  • inline函数在debug版本生成的是local型符号；如果处理为内联之后，在release版本下不生成符号，因为它已在调用点处展开了。

extern关键字

两种用法：

  1. C中，干预编译器，extern "C"是以C方式编译，extern "C"是以C++方式编译；
  2. C语言中，告诉编译器，函数是外部函数，既可以用在本文件，也可用在其他文件。

在cpp文件中调用c文件

矛盾点：

  1. C调用C–C产生函数符号-（函数名+参数类型列表），C语言产生函数符号-（函数名）
  2. C语言调用C+±-如果将C的函数符号改为C语言的函数符号–需要改动C源文件–不现实。正确解决办法是添加自己实现的C文件，写**C函数作为中间层去调用需要的C函数，然后让自实现的C函数产生C语言符号（extern C）**。
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#func.c

#include<stdio.h>
void fun_C()
{
    printf("void fun_C()");
}
#main.cpp
void fun_C();
//cpp生成的符号的方式是取决于函数名和参数列表。
//而c生成的符号只是函数名
//c和cpp生成符号的规则不一样，所以导致符号找不到。
int main()
{
    fun_C();
    return 0;
}

所以，如何在cpp文件中调用c函数？

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//如何解决——使用C语言的方式编译和生成符号。
extern "C"
{
    void fun_C();//声明
}
int main()
{
    fun_C();
    return 0;
}

如果想反过来呢？在c文件中怎么调用cpp的代码？如何解决？

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#fun.cpp
void fun_CPP()//生成的符号：fun_CPP_void
{
    printf("void fun_CPP()");
}

#func.c
void fun_CPP();//生成的符号：fun_CPP
int main()
{
    fun_CPP();
    return 0;
}

解决方案：中间加一层

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//C调用C++的代码方法
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#fun.cpp
int fun_CPP(int a)//生成Cpp符号：fun_CPP_int
{
    printf("int fun_CPP(int a)");
    return a;
}
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#tmp.cpp
void fun_CPP();			//声明
extern "C"
{
    int fun_CPP_tmp(int a)	//要与fun_CPP形式一致
    {
        return fun_CPP(a);
    }
}
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#func.c
int fun_CPP_tmp(int a);//生成C符号：fun_CPP
int main()
{
    int n = 100;
    int res = fun_CPP_tmp(100);
    return 0;
}

namespace

实际上是个头文件。

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//tmp.h
namespace AA
{
    typedef int INT;
    typename char CHAR;
}
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#include<iostream>
using namespace AA;
int main()
{
    INT a = 10;//需要使用命名空间AA才能编译通过。
    return 0;
}

另外一种使用方式

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using AA::INT;//拿出命名空间中特定的某一个使用。

namespace主要作用是封装，防止命名冲突问题。

指针和数组

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//fun.cpp
int arr[]={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9};
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using AA::INT;
extern int* arr;
/*
指针和数组名的区别——什么是指针
*/
int main()
{
    cout << arr << endl;		//
    cout << *arr << endl;	//
    cout << arr[0] << endl;
}
//输出00000000\n 崩溃
int main()
{
    int a = 10;
    int *p = &a;
    int arr1[]={0,1,2,3,4};
    
    cout << arr1 <<endl;
    cout << p <<endl;
    //输出的都是数组的地址，正常
    //汇编代码：
    //1. lea eax,[arr1];  push eax。直接传值给eax
    //2. mov eax,dword ptr [p];  push eax。有dword ptr，去地址中取值
    ///////
    //数组名就是个地址。本质是常量，是个数字
    //指针是变量。
    
    
    
    
    //在编译时，直接把常量的值替换了常量名字。
    
}
//变量和常量有何区别？
int main()
{
    int a = 20;
    int *p = &a;
    int b;
    b = 20;
    b = a;
    //用常量给变量赋值时，直接拿值替换。
    //用变量给变量赋值时，有一次解引用
    
    b = *p;//去p的内存中将存储的地址拿出来。再去拿出来的地址中取出存储的数据。
    //汇编：
    // mov eax,dword ptr [p]
    // mov ecx,dword ptr [eax]
    // mov dword ptr [b],ecx
}
/*
回到最初的问题，我们把arr当作了指针，把常量当作了变量来用。
常量不用下地址，变量需要下地址。
如果把常量当作了变量来用，编译器会将解引用，把解引用到的数据（数组首元素）当作结果来输出了。即00000000
cout << arr << endl;
mov eax,dword [arr]
mov out,eax
*/

const

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//c_main.c
#include<stdio.h>
int main()
{
    const int a = 10;
    a = 20;//报错，必须是可修改的左值。
    
    int *p = &a;
    *p = 20;
    
    
    printf("%d\n",a);
    
    return 0;
}

C：常-变量

不能作为左值。

C++：常量

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int main()
{
    const int a = 10;
    //a = 20;
    //int *p = &a;
    cout << a <<endl;
    cout << *p <<endl;
    // 10 10
    
    *p = 20;
    cout << a <<endl;
    cout << *p <<endl;
    //10 20
    //C++中，const常量就是纯常量，而不像C语言中可以轻易通过指针间接修改的。
    //mov out, 0Ah ; cout << a
    //常量：在编译期，将常量的值直接传入到目标中。
}

面试

为什么常量必须初始化？

因为如果要使用常量又不初始化的话，后期没有机会改。使用一个随机值对于程序没有意义。

如果使用变量给const修饰的量初始化，则该量会退化为常变量。

指针和const

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int main()
{
    int *p1 = &a;
    const int *p2 = &a;
    int const* p3 = &a;
    int* const p4 = &a;
    
    int *q1 = &a;
    const int* q2 = &a;
    int const* q3 = &a;
    int* const q4 = &a;
}

要点1：const修饰的内容不能作为左值

要点2：不能泄露常量的地址给非常量的指针

const修饰的类型是离它最近的第一个成型的类型。其余的是它修饰的内容。

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int fun(int a)
{
    cout << typeid(a).name() << endl;
    return 0;
}
int fun(const int a)
{
    cout << typeid(a).name() << endl;
    return 0;
}

如果const修饰的内容不包含指针，则无法参与类型。

动态内存

C语言

malloc-free

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//使用malloc和free申请、释放一维数组、二位数组
int main()
{
    const int n = 10;
    //一维数组
    int *ar = (int*)malloc(sizeof(int)*n);
    //二维数组
    int **ar = (int**)malloc(sizeof(int*)*n);
    if(NULL==ar)
    {
        exit(1);
    }
    for(int i=0;i<n;i++)
    {
        ar[i] = (int*)malloc(sizeof(int)*n);
        if(NULL==ar[i])
        {
            exit(1);
        }
        
    }
    for(int i = 0;i<n;i++)
    {
        free(ar[i]);
    }
}

C++

new-delete

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int main()
{
    int *p = new int;
    *p = 10;
    delete p;
    
    int *arr = new int[10];
    arr[0] = 10;
    delete[]arr;//释放数组
}
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int main()
{
    int **arr1 = new int* [4];
    for(int i = 0;i<4;i++)
    {
        arr1[i] = new int[5];
    }
    for(int i =0;i<4;i++)
    {
        delete[]arr1[i];
    }
}

new和malloc区别

  1. new是关键字，malloc是函数，new调用malloc。
  2. new和malloc都是在堆区申请空间
  3. new有三个步骤
    1. 开辟空间
    2. 构造函数。—初始化，这是与malloc的区别。
    3. 返回地址
  4. new不会强转返回值类型
  5. 封装计算sizeof
  6. 空间不足时，new会抛异常（bad_alloc）。malloc会返回空指针。（int *p = new(nothrow) int(20);）

new三种调用形式

  1. 关键字
    1. `int *p = new int(10);
  2. 函数
    1. int *p = ::operator new(sizeof(int)); 把new当函数调用，类似于malloc，没有初始化！仍需强转和传入sizeof字节数。但是还是会抛异常。
    2. operator delete(p);相当于free，需要用函数形式delete释放，即operator delete(p)
    3. 与正常new区别就是没有初始化；
    4. 需要用函数形式delete释放，即operator delete(p)
  3. 定位new
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2
int *pa = (int*)::operator new(sizeof(int));
new(pa) int(10);//不开辟空间，而是用int(10)去初始化pa指向的空间。

引用

是什么

张三——有个小名，二狗子。二狗子和张三是同一个人。

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int main()
{
    int a = 10;
    int& b = a;
    
    
    b = 20;//  mov eax,dword ptr [b]
    cout << a <<endl;
    cout << b <<endl;
	// 20 20

	int *p = &a;
    *p = 20;
}

引用的底层是一个指针，

在使用到引用的地方，编译期会自动替换成指针的解引用。

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//c
void Swap_C(int *ap, int *bp)
{
    assert(ap!=NULL&&bp!=NULL);
    int tmp = *ap;
    *ap = *bp;
    *bp = tmp;
}
//cpp
void Swap_Cpp(int& a, int& b)
{
    //无需断言判空，因为不可能有空引用。
    int tmp = a;
    a = b;
    b = tmp;
}
int main()
{
    int x = 10, y = 20;
    Swap_C(&x, &y);
    Swap_Cpp(x, y);
    return 0;
}

引用为什么必须初始化？

引用为什么一旦初始化就无法改变引用的方向？

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int main()
{
    const int c = 20;
    int& d = c;//报错
    const int& d = c;
}

笔试常见

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int fun1()
{
    return 10;
}

int main()
{
    int& e = fun1();//报错，不能引用寄存器
    const int& e = fun1();
    
    const int& f = 10;
    
    //当引用一个不可取地址的量的时候，使用常引用
    //会生成一个临时量，实际引用的是这个临时量。
    //为什么必须要const来修饰临时量？因为临时量都有常属性。（关于临时量，面向对象还会涉及。
}

注意点

  1. 定义时必须初始化；
  2. 没有空引用
  3. 没有二级引用

常引用

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int a=10;
int &b=a;
const int& c = b;

两个概念

面向过程

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int flag = 0;
void echo()
{
    if(0 == flag)
    {
    	printf("%s\n","printf screen");
    }
    else
    {
        printf("%s\n","printf file");
    }
}
void set_flag_file()
{
    flag = 1;
}
void set_flag_screen()
{
    flag = 0;
}

面向对象

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class Note
{
public:
    Note()
    {
        _flag = 0;
    }
    void echo()
    {
        if(0 == _flag)
        {
            printf("%s\n","printf screen");
        }
        else
        {
            printf("%s\n","printf file");
        }
    }
    void set_flag_file()
    {
        _flag = 1;
    }
    void set_flag_screen()
    {
        _flag = 0;
    }
private:
    int _flag;
}
int main()
{
    Note n;
    n.echo();
    n.set_flag_file();
    n.echo();
    
    
    return 0;
}