C++基础 命名空间、作用域、引用、结构体

0、前言

文章内容主要讲解C++区别于C的部分。

1、命名空间

1.1 定义

命名空间（Namespace）是C++中用来避免命名冲突并组织代码的一种机制。通过将代码放置在命名空间中，可以将不同部分的代码分隔开来，从而提高代码的可读性和可维护性。

命名空间的语法如下：

namespace namespace_name {// 声明或定义变量、函数、类等
}

1.2 特点

命名空间有如下特点;

  • 避免命名冲突：命名空间可以避免不同模块之间的命名冲突，不同命名空间中的同名标识符不会相互干扰。
  • 可嵌套：命名空间可以嵌套定义，形成层级结构。
  • 全局命名空间：如果没有指定命名空间，代码会默认在全局命名空间中。
  • 使用using：可以使用using namespace namespace_name;来引入整个命名空间，或者使用using namespace_name::identifier;来引入命名空间中的特定标识符。

1.3 编程示例

编写测试程序如下：

#include <iostream>int Val;namespace NamespaceA 
{int Val = 10;int age = 18;
}namespace NamespaceB 
{int Val = 30;
}int main() 
{int Val = 5;// 局部变量std::cout << "Local     :" << Val << std::endl;// 全局变量std::cout << "Global    :" <<::Val << std::endl;// A空间变量std::cout << "NamespaceA:" << NamespaceA::Val << std::endl;// B空间变量std::cout << "NamespaceB:" << NamespaceB::Val << std::endl;// 引入命名空间using namespace NamespaceA;std::cout << "age = " << age << std::endl;// 存在同名局部变量时优先使用局部变量int age = 20;std::cout << "age = " << age << std::endl;return 0;
}

测试结果：

2、作用域

作用域是指程序中标识符（如变量、函数、类型等）的可见性和生命周期的范围。

2.1 全局作用域

全局作用域是程序中没有被包含在任何函数、类或命名空间中的部分。在全局作用域中定义的变量和函数可以在整个程序中访问。

#include <iostream>int globalVariable = 10; // 全局变量void globalFunction() {std::cout << "Global function called." << std::endl;
}int main() {std::cout << "Global variable: " << globalVariable << std::endl;globalFunction();return 0;
}

2.2 命名空间作用域

命名空间作用域指的是在命名空间中定义的标识符的作用域范围。命名空间可以帮助组织代码并避免命名冲突。

#include <iostream>namespace MyNamespace {int namespaceVariable = 20; // 命名空间作用域的变量void namespaceFunction() {std::cout << "Namespace function called." << std::endl;}
}int main() {std::cout << "Namespace variable: " << MyNamespace::namespaceVariable << std::endl;MyNamespace::namespaceFunction();return 0;
}

2.3 类作用域

类作用域是指在类中定义的成员变量和成员函数的作用域范围。类的成员变量和成员函数只能在类的内部或通过类的对象进行访问。

#include <iostream>class MyClass {
public:int classVariable = 30; // 类作用域的成员变量void classFunction() {std::cout << "Class function called." << std::endl;}
};int main() {MyClass myObject;std::cout << "Class variable: " << myObject.classVariable << std::endl;myObject.classFunction();return 0;
}

2.4 局部作用域

局部作用域是指在函数或代码块内部定义的变量的作用域范围。局部变量只能在定义它们的函数或代码块内部访问。

#include <iostream>void localScopeFunction() {int localVariable = 40; // 局部变量std::cout << "Local variable: " << localVariable << std::endl;
}int main() {localScopeFunction();return 0;
}

3、引用

3.1 关于引用和指针

  • 引用：

    • 引用是C++中的一种别名，用于引用（指向）已存在的变量。引用一旦初始化后，就不能再引用其他变量，而一直引用同一个变量。
    • 引用使用&符号定义，并且必须在定义时初始化，之后可以当作原变量使用。
    • 引用在声明和使用时更加直观和简洁，通常用于函数参数传递和返回值。

  • 指针：

    • 指针是一个变量，存储另一个变量的内存地址。指针可以指向不同的变量，也可以指向空地址（nullptr）。
    • 指针使用*符号定义，并且可以在定义后重新指向其他变量。
    • 指针需要注意空指针和指针操作的安全性，因为指针可以随意修改指向的地址。

3.2 引用的格式

变量的引用格式：

int x = 10;
int &ref_x = x; // 引用变量x
ref_x = 20; // 修改x的值

数组的引用格式：

int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int (&ref_arr)[5] = arr; // 引用数组arr
ref_arr[0] = 10; // 修改数组第一个元素的值

指针的引用格式：

int *ptr = nullptr;
int *&ref_ptr = ptr; // 引用指针ptr
ref_ptr = &x; // 让ptr指向变量x

结构体的引用格式：

struct Point {int x;int y;
};Point p = {1, 2};
Point &ref_p = p; // 引用结构体p
ref_p.x = 10; // 修改结构体成员x的值

函数的引用格式：

    void (*operation)(int, int) = add; void (*&ref_operation)(int, int) = operation;

3.3 编程示例

编写测试代码：

#include <iostream>using namespace std;void add(int a, int b) 
{cout << "Sum: " << a + b << endl;
}void sub(int a, int b) 
{cout << "Dif: " << a - b << endl;
}void performOperation(void (*func)(int, int), int x, int y) 
{func(x, y);
}int main() 
{// 变量引用int x = 10;cout << "Pre   x: " << x << endl;int &ref_x = x; // 引用变量xref_x = 20;     // 修改x的值cout << "After x: " << x << endl;cout << "*********************" << endl;// 数组引用int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};cout << "Pre   arr[0]: " << arr[0] << endl;int (&ref_arr)[5] = arr; // 引用数组arrref_arr[0] = 10;         // 修改数组第一个元素的值cout << "After arr[0]: " << arr[0] << endl;cout << "*********************" << endl;// 指针引用int *ptr = nullptr;int *&ref_ptr = ptr; // 引用指针ptrref_ptr = &x;        // 让ptr指向变量xcout << "After *ptr: " << *ptr << endl;cout << "*********************" << endl;// 结构体引用struct Point {int x;int y;};Point p = {1, 2};cout << "Pre   p.x: " << p.x << endl;Point &ref_p = p; // 引用结构体pref_p.x = 10;     // 修改结构体成员x的值cout << "After p.x: " << p.x << endl;cout << "*********************" << endl;// 函数指针引用// 定义函数指针void (*operation)(int, int) = add; // 定义函数指针的引用void (*&ref_operation)(int, int) = operation; // 调用函数指针的引用performOperation(ref_operation, 10, 5); // 修改函数指针operation = sub; performOperation(operation, 10, 5); return 0;
}

测试结果：

4、结构体

C++的结构体相比C语言有一些区别，主要包括以下几点：

默认访问权限：

  • 在C语言中，结构体中的成员默认是公共的（public），所有成员都可以被外部访问。
  • 在C++中，结构体中的成员默认是私有的（private），需要使用public关键字来显式声明公共成员。
// C语言结构体
struct Person {char name[20];int age;
};
// C++结构体
struct Person {char name[20];int age;
public:void display() {cout << "Name: " << name << ", Age: " << age << endl;}
};

成员函数：

  • 在C语言中，结构体只能包含数据成员，不能包含成员函数。
  • 在C++中，结构体可以包含成员函数，从而实现面向对象的特性。
// C++结构体支持继承
struct Employee : public Person {int employeeId;
};

继承：

  • 在C语言中，结构体不支持继承特性。
  • 在C++中，结构体可以通过继承从其他结构体或类中继承成员。
// C++结构体支持继承
struct Employee : public Person {int employeeId;
};

5、总结

本文主要讲解了C++区别于C语言的命名空间、作用域、引用、和结构体等内容，并编写示例程序测试。

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