C++基础语法

对象 - 对象具有状态和行为。例如：一只狗的状态 - 颜色、名称、品种，行为 - 摇动、叫唤、吃。对象是类的实例。
类 - 类可以定义为描述对象行为/状态的模板/蓝图。
方法 - 从基本上说，一个方法表示一种行为。一个类可以包含多个方法。可以在方法中写入逻辑、操作数据以及执行所有的动作。
即时变量 - 每个对象都有其独特的即时变量。对象的状态是由这些即时变量的值创建的。

#include <iostream>
using namespace std;
 
// main() 是程序开始执行的地方
 
int main()
{
   cout << "Hello World"; // 输出 Hello World
   return 0;
}

C++ 语言定义了一些头文件，这些头文件包含了程序中必需的或有用的信息。上面这段程序中，包含了头文件 。
下一行 using namespace std; 告诉编译器使用 std 命名空间。命名空间是 C++ 中一个相对新的概念。
下一行 // main() 是程序开始执行的地方 是一个单行注释。单行注释以 // 开头，在行末结束。
下一行 int main() 是主函数，程序从这里开始执行。
下一行 cout << "Hello World"; 会在屏幕上显示消息 "Hello World"。
下一行 return 0; 终止 main( )函数，并向调用进程返回值 0。
在 C++ 中，分号是语句结束符。也就是说，每个语句必须以分号结束。它表明一个逻辑实体的结束。
C++ 标识符是用来标识变量、函数、类、模块，或任何其他用户自定义项目的名称。一个标识符以字母 A-Z 或 a-z 或下划线 _ 开始，后跟零个或多个字母、下划线和数字（0-9）。

C++ 标识符内不允许出现标点字符，比如 @、& 和 %。C++ 是区分大小写的编程语言。因此，在 C++ 中，Manpower 和 manpower 是两个不同的标识符。
C++关键字：

asm	else	new	this
auto	enum	operator	throw
bool	explicit	private	true
break	export	protected	try
case	extern	public	typedef
catch	false	register	typeid
char	float	reinterpret_cast	typename
class	for	return	union
const	friend	short	unsigned
const_cast	goto	signed	using
continue	if	sizeof	virtual
default	inline	static	void
delete	int	static_cast	volatile
do	long	struct	wchar_t
double	mutable	switch	while
dynamic_cast	namespace	template

三字符组
三字符组就是用于表示另一个字符的三个字符序列，又称为三字符序列。三字符序列总是以两个问号开头。

三字符序列不太常见，但 C++ 标准允许把某些字符指定为三字符序列。以前为了表示键盘上没有的字符，这是必不可少的一种方法。

三字符序列可以出现在任何地方，包括字符串、字符序列、注释和预处理指令。

下面列出了最常用的三字符序列：

三字符组 替换

三字符组	替换
??=	#
??/	\
??'	^
??(	[
??)	]
??!
??<	{
??>	}
??-	~

如果希望在源程序中有两个连续的问号，且不希望被预处理器替换，这种情况出现在字符常量、字符串字面值或者是程序注释中，可选办法是用字符串的自动连接："...?""?..."或者转义序列："...??..."。
C++ 注释
程序的注释是解释性语句，您可以在 C++ 代码中包含注释，这将提高源代码的可读性。所有的编程语言都允许某种形式的注释。

C++ 支持单行注释和多行注释。注释中的所有字符会被 C++ 编译器忽略。

C++ 注释一般有两种：

// - 一般用于单行注释。
/* ... */ - 一般用于多行注释。

基本的内置类型
C++ 为程序员提供了种类丰富的内置数据类型和用户自定义的数据类型。下表列出了七种基本的 C++ 数据类型：

类型	关键字
布尔型	bool
字符型	char
整型	int
浮点型	float
双浮点型	double
无类型	void
宽字符型	wchar_t

类型	位	范围
char	1 个字节	-128 到 127 或者 0 到 255
unsigned char	1 个字节	0 到 255
signed char	1 个字节	-128 到 127
int	4 个字节	-2147483648 到 2147483647
unsigned int	4 个字节	0 到 4294967295
signed int	4 个字节	-2147483648 到 2147483647
short int	2 个字节	-32768 到 32767
unsigned short int	2 个字节	0 到 65,535
signed short int	2 个字节	-32768 到 32767
long int	8 个字节	-9,223,372,036,854,775,808 到 9,223,372,036,854,775,807
signed long int	8 个字节	-9,223,372,036,854,775,808 到 9,223,372,036,854,775,807
unsigned long int	8 个字节	0 到 18,446,744,073,709,551,615
float	4 个字节	精度型占4个字节（32位）内存空间，+/- 3.4e +/- 38 (~7 个数字)
double	8 个字节	双精度型占8 个字节（64位）内存空间，+/- 1.7e +/- 308 (~15 个数字)
long long	8 个字节	双精度型占8 个字节（64位）内存空间，表示 -9,223,372,036,854,775,807 到 9,223,372,036,854,775,807 的范围
long double	16 个字节	长双精度型 16 个字节（128位）内存空间，可提供18-19位有效数字。
wchar_t	2 或 4 个字节	1 个宽字符

typedef 声明

可以使用 typedef 为一个已有的类型取一个新的名字。下面是使用 typedef 定义一个新类型的语法：
typedef type newname;
例如，下面的语句会告诉编译器，feet 是 int 的另一个名称：
typedef int feet;

枚举类型

枚举类型(enumeration)是C++中的一种派生数据类型，它是由用户定义的若干枚举常量的集合。

如果一个变量只有几种可能的值，可以定义为枚举(enumeration)类型。所谓"枚举"是指将变量的值一一列举出来，变量的值只能在列举出来的值的范围内。

创建枚举，需要使用关键字 enum。枚举类型的一般形式为：

enum 枚举名{ 
     标识符[=整型常数], 
     标识符[=整型常数], 
... 
    标识符[=整型常数]
} 枚举变量;

如果枚举没有初始化, 即省掉"=整型常数"时, 则从第一个标识符开始。

例如，下面的代码定义了一个颜色枚举，变量 c 的类型为 color。最后，c 被赋值为 "blue"。

enum color { red, green, blue } c;
c = blue;

默认情况下，第一个名称的值为 0，第二个名称的值为 1，第三个名称的值为 2，以此类推。但是，您也可以给名称赋予一个特殊的值，只需要添加一个初始值即可。例如，在下面的枚举中，green 的值为 5。
enum color { red, green=5, blue };
在这里，blue 的值为 6，因为默认情况下，每个名称都会比它前面一个名称大 1，但 red 的值依然为 0。

类型转换

类型转换是将一个数据类型的值转换为另一种数据类型的值。
C++ 中有四种类型转换：静态转换、动态转换、常量转换和重新解释转换。
静态转换（Static Cast）
静态转换是将一种数据类型的值强制转换为另一种数据类型的值。

静态转换通常用于比较类型相似的对象之间的转换，例如将 int 类型转换为 float 类型。

静态转换不进行任何运行时类型检查，因此可能会导致运行时错误。

实例

int i = 10;
float f = static_cast<float>(i); // 静态将int类型转换为float类型

动态转换（Dynamic Cast）
动态转换通常用于将一个基类指针或引用转换为派生类指针或引用。动态转换在运行时进行类型检查，如果不能进行转换则返回空指针或引发异常。

实例

class Base {};
class Derived : public Base {};
Base* ptr_base = new Derived;
Derived* ptr_derived = dynamic_cast<Derived*>(ptr_base); // 将基类指针转换为派生类指针
常量转换（Const Cast）

常量转换用于将 const 类型的对象转换为非 const 类型的对象。

常量转换只能用于转换掉 const 属性，不能改变对象的类型。

实例

const int i = 10;
int& r = const_cast<int&>(i); // 常量转换，将const int转换为int

重新解释转换（Reinterpret Cast）
重新解释转换将一个数据类型的值重新解释为另一个数据类型的值，通常用于在不同的数据类型之间进行转换。
重新解释转换不进行任何类型检查，因此可能会导致未定义的行为。
实例

int i = 10;
float f = reinterpret_cast<float&>(i); // 重新解释将int类型转换为float类型

C++ 也允许定义各种其他类型的变量，比如枚举、指针、数组、引用、数据结构、类等等，这将会在后续的章节中进行讲解。

1. 整数类型（Integer Types）：
   int：用于表示整数，通常占用4个字节。
   short：用于表示短整数，通常占用2个字节。
   long：用于表示长整数，通常占用4个字节。
   long long：用于表示更长的整数，通常占用8个字节。

2. 浮点类型（Floating-Point Types）：
   float：用于表示单精度浮点数，通常占用4个字节。
   double：用于表示双精度浮点数，通常占用8个字节。
   long double：用于表示更高精度的浮点数，占用字节数可以根据实现而变化。

3. 字符类型（Character Types）：
   char：用于表示字符，通常占用1个字节。
   wchar_t：用于表示宽字符，通常占用2或4个字节。
   char16_t：用于表示16位Unicode字符，占用2个字节。
   char32_t：用于表示32位Unicode字符，占用4个字节。

4. 布尔类型（Boolean Type）：
   bool：用于表示布尔值，只能取true或false。

5. 枚举类型（Enumeration Types）：
   enum：用于定义一组命名的整数常量。

6. 指针类型（Pointer Types）：
   type*：用于表示指向类型为type的对象的指针。

7. 数组类型（Array Types）：
   type[]或type[size]：用于表示具有相同类型的元素组成的数组。

8. 结构体类型（Structure Types）：
   struct：用于定义包含多个不同类型成员的结构。

9. 类类型（Class Types）：
   class：用于定义具有属性和方法的自定义类型。

10. 共用体类型（Union Types）：
    union：用于定义一种特殊的数据类型，它可以在相同的内存位置存储不同的数据类型。

C++ 中的左值（Lvalues）和右值（Rvalues）

C++ 中有两种类型的表达式：
左值（lvalue）：指向内存位置的表达式被称为左值（lvalue）表达式。左值可以出现在赋值号的左边或右边。
右值（rvalue）：术语右值（rvalue）指的是存储在内存中某些地址的数值。右值是不能对其进行赋值的表达式，也就是说，右值可以出现在赋值号的右边，但不能出现在赋值号的左边。
变量是左值，因此可以出现在赋值号的左边。数值型的字面值是右值，因此不能被赋值，不能出现在赋值号的左边。下面是一个有效的语句：
int g = 20; //g是左值，20是右值
初始化局部变量和全局变量
当局部变量被定义时，系统不会对其初始化，您必须自行对其初始化。定义全局变量时，系统会自动初始化为下列值：

数据类型	初始化默认值
int	0
char	'\0'
float	0
double	0
pointer	NULL

C++ 常量
常量是固定值，在程序执行期间不会改变。这些固定的值，又叫做字面量。

常量可以是任何的基本数据类型，可分为整型数字、浮点数字、字符、字符串和布尔值。

常量就像是常规的变量，只不过常量的值在定义后不能进行修改。
整数常量可以是十进制、八进制或十六进制的常量。前缀指定基数：0x 或 0X 表示十六进制，0 表示八进制，不带前缀则默认表示十进制。

整数常量也可以带一个后缀，后缀是 U 和 L 的组合，U 表示无符号整数（unsigned），L 表示长整数（long）。后缀可以是大写，也可以是小写，U 和 L 的顺序任意。
在 C++ 中，有一些特定的字符，当它们前面有反斜杠时，它们就具有特殊的含义，被用来表示如换行符（\n）或制表符（\t）等。下表列出了一些这样的转义序列码：

转义序列	含义
\	\ 字符
'	' 字符
"	" 字符
?	? 字符
\a	警报铃声
\b	退格键
\f	换页符
\n	换行符
\r	回车
\t	水平制表符
\v	垂直制表符
\ooo	一到三位的八进制数
\xhh . . .	一个或多个数字的十六进制数
字符串常量
字符串字面值或常量是括在双引号 "" 中的。一个字符串包含类似于字符常量的字符：普通的字符、转义序列和通用的字符。

您可以使用 \ 做分隔符，把一个很长的字符串常量进行分行。

下面的实例显示了一些字符串常量：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main() {
    string greeting = "hello, runoob";
    cout << greeting;
    cout << "\n";     // 换行符
    string greeting2 = "hello, \
                        runoob";
    cout << greeting2;
    return 0;
}

定义常量
在 C++ 中，有两种简单的定义常量的方式：

使用 #define 预处理器。
使用 const 关键字。

define 预处理器

下面是使用 #define 预处理器定义常量的形式：

#include <iostream>
using namespace std;
 
#define LENGTH 10   
#define WIDTH  5
#define NEWLINE '\n'
 
int main()
{
 
   int area;  
   
   area = LENGTH * WIDTH;
   cout << area;
   cout << NEWLINE;
   return 0;
}

const 关键字
您可以使用 const 前缀声明指定类型的常量，如下所示：

#include <iostream>
using namespace std;
 
int main()
{
   const int  LENGTH = 10;
   const int  WIDTH  = 5;
   const char NEWLINE = '\n';
   int area;  
   
   area = LENGTH * WIDTH;
   cout << area;
   cout << NEWLINE;
   return 0;
}

C++ 中的类型限定符
类型限定符提供了变量的额外信息，用于在定义变量或函数时改变它们的默认行为的关键字。

限定符	含义
const	const 定义常量，表示该变量的值不能被修改。
volatile	修饰符 volatile 告诉该变量的值可能会被程序以外的因素改变，如硬件或其他线程。。
restrict	由 restrict 修饰的指针是唯一一种访问它所指向的对象的方式。只有 C99 增加了新的类型限定符 restrict。
mutable	表示类中的成员变量可以在 const 成员函数中被修改。
static	用于定义静态变量，表示该变量的作用域仅限于当前文件或当前函数内，不会被其他文件或函数访问。
register	用于定义寄存器变量，表示该变量被频繁使用，可以存储在CPU的寄存器中，以提高程序的运行效率。
const 实例

const int NUM = 10; // 定义常量 NUM，其值不可修改
const int* ptr = # // 定义指向常量的指针，指针所指的值不可修改
int const* ptr2 = # // 和上面一行等价

volatile 实例

volatile int num = 20; // 定义变量 num，其值可能会在未知的时间被改变

mutable 实例

class Example {
public:
    int get_value() const {
        return value_; // const 关键字表示该成员函数不会修改对象中的数据成员
    }
    void set_value(int value) const {
        value_ = value; // mutable 关键字允许在 const 成员函数中修改成员变量
    }
private:
    mutable int value_;
};

static 实例

void example_function() {
    static int count = 0; // static 关键字使变量 count 存储在程序生命周期内都存在
    count++;
}

register 实例

void example_function(register int num) {
    // register 关键字建议编译器将变量 num 存储在寄存器中
    // 以提高程序执行速度
    // 但是实际上是否会存储在寄存器中由编译器决定
}

C++ 存储类

存储类定义 C++ 程序中变量/函数的范围（可见性）和生命周期。这些说明符放置在它们所修饰的类型之前。下面列出 C++ 程序中可用的存储类：

C++储存类

auto：这是默认的存储类说明符，通常可以省略不写。auto 指定的变量具有自动存储期，即它们的生命周期仅限于定义它们的块（block）。auto 变量通常在栈上分配。

register：用于建议编译器将变量存储在CPU寄存器中以提高访问速度。在 C++11 及以后的版本中，register 已经是一个废弃的特性，不再具有实际作用。

static：用于定义具有静态存储期的变量或函数，它们的生命周期贯穿整个程序的运行期。在函数内部，static变量的值在函数调用之间保持不变。在文件内部或全局作用域，static变量具有内部链接，只能在定义它们的文件中访问。

extern：用于声明具有外部链接的变量或函数，它们可以在多个文件之间共享。默认情况下，全局变量和函数具有 extern 存储类。在一个文件中使用extern声明另一个文件中定义的全局变量或函数，可以实现跨文件共享。

mutable (C++11)：用于修饰类中的成员变量，允许在const成员函数中修改这些变量的值。通常用于缓存或计数器等需要在const上下文中修改的数据。

thread_local (C++11)：用于定义具有线程局部存储期的变量，每个线程都有自己的独立副本。线程局部变量的生命周期与线程的生命周期相同。

从 C++ 17 开始，auto 关键字不再是 C++ 存储类说明符，且 register 关键字被弃用。

#include <iostream>

// 全局变量，具有外部链接，默认存储类为extern
int globalVar;

void function() {
    // 局部变量，具有自动存储期，默认存储类为auto
    auto int localVar = 10;

    // 静态变量，具有静态存储期，生命周期贯穿整个程序
    static int staticVar = 20;

    const int constVar = 30; // const变量默认具有static存储期

    // 尝试修改const变量，编译错误
    // constVar = 40;

    // mutable成员变量，可以在const成员函数中修改
    class MyClass {
    public:
        mutable int mutableVar;

        void constMemberFunc() const {
            mutableVar = 50; // 允许修改mutable成员变量
        }
    };

    // 线程局部变量，每个线程有自己的独立副本
    thread_local int threadVar = 60;
}

int main() {
    extern int externalVar; // 声明具有外部链接的变量

    function();

    return 0;
}