C++对C语言设计不合理的地方进行了优化，下面来看一下到底进行了什么优化。
一、C++关键字（C++98）
C++总计63个关键字，C语言32个。
二、命名空间
在C/C++中，变量、函数、和类都是大量存在的，这些变量、函数和类的名称都将存在于全局作用域中，可能会导致很多命名冲突。使用命名空间的目的就是对标识符的名称进行本地化以避免命名冲突或名字污染，namespace关键字的出现就是针对这种问题的。
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int rand = 0;
//此时会发生命名冲突，因为rand函数已经把这个名字占用了
int main()
{
return 0;
}
1、命名空间定义
定义命名空间，需要使用到namespace关键字，后面接命名空间的名字，然后接一对{}即可，{}中即为命名空间的成员。
//1.正常的命名空间定义
namespace lsx//lsx是我给命名空间取的名字，可以随意取名字
{
//命名空间内可以定义变量、函数、类型
int rand = 0;
int Add(int a, int b)
{
return a + b;
}
struct student
{
int name;
int id;
int sex;
};
}
//2.命名空间可以嵌套
namespace N1
{
int a = 0;
int b = 0;
namespace N2
{
int c = 0;
int d = 0;
}
}
//3.同一个工程允许存在多个相同名称的命名空间，编译器会自动把它们合成为同一个命名空间
//假设下面这个命名空间是在test.h中定义的
namespace N3
{
int a = 0;
int b = 0;
}
//假设下面这个命名空间是在test.c中定义的
namespace N3
{
int c = 0;
int d = 0;
}
//一个工程中的test.h和test.c里的两个N3会被合并成一个。2、命名空间的使用
命名空间里的成员该如何使用呢？能直接使用吗？
namespace N1
{
int a = 32;
char b = '?';
double c = 3.14;
int add(int x, int y)
{
return x + y;
}
struct student
{
char name[10];
char sex[5];
char id[15];
};
}
int main()
{
printf("%d", a);//直接使用
}
直接使用是不行的，会报错
其实，命名空间就相当于是自己圈了一块地，在地里声明了一些变量、函数、类型，别人没法随便进入我的地，想要访问我圈出来的这块地里的变量、函数和类型，只有三种方法：
2.1、加命名空间名称及作用域限定符
作用域限定符就是 :: ，这个方法其实就相当于是拿着钥匙进入我圈的地里，具体使用格式如下：
int main()
{
printf("%d\n", N1::a);
printf("%c\n", N1::b);
printf("%d\n", N1::add(1, 2));
}运行成功：
2.2、使用using将命名空间中某个成员引入
这个方法就是我把地里的某个成员开放了，谁都可以使用，具体使用格式如下：
using N1::a;
using N1::b;
using N1::add;
int main()
{
printf("%d\n", a);
printf("%c\n", b);
printf("%d\n", add(1, 2));
}运行成功：
这个方法不好的地方就在于，开放的成员是有可能会命名冲突的。
using N1::a;
using N1::b;
using N1::add;
int a = 3;
int b = 33;
2.3、使用using namespace 命名空间名称 引入
这个方法就相当于是直接把整块地都开放了，里面的所有东西都可以直接用，
using namespace N1;
int main()
{
printf("%d\n", a);
printf("%c\n", b);
printf("%d\n", add(1, 2));
}
这个方法和上一个方法有着同样的问题，那就是命名冲突
using namespace N1;
int a = 3;
char add = '+';
int main()
{
printf("%d", a);
add(1, 2);
}
所以我们在选择后两种方法是需要谨慎。
三、C++输入与输出
在C语言中，我们经常使用printf函数打印数据，用scanf函数读取数据。而在C++，我们有了新的玩法：
#include<iostream>
using namespace std;
//std是C++标准库的命名空间名
//C++将标准库的定义实现都放到这个命名空间里
//这里直接开放这块空间，方便使用
int main()
{
int b = 0;
cout << "hello C++" << endl;
cout << "请输入:";
cin >> b;
cout << "输出:";
cout << b << endl;
}
说明：
①使用cout标准输出对象(控制台)和cin标准输入对象(键盘)时，必须包含<iostream>头文件以及按命名空间使用方法使用std。
②cout和cin是全局流对象，endl是特殊的C++符号，表示换行输出，它们都包含在<iostream>头文件中。
③<<是流插入运算符，>>是流提取运算符。
④使用C++输入输出更方便，不需要像pringtf/scanf输入输出时那样，需要手动控制格式，C++的输入输出可以自动识别变量类型。
四、缺省参数
1、缺省参数的概念
缺省参数是声明或定义函数时为函数的参数指定一个缺省值。在调用该函数时，如果没有指定实参则采用该形参的缺省值，否则就使用指定的实参。
#include<iostream>
using namespace std;
void func(int a = 13)//缺省参数
{
cout << a << endl;
}
int main()
{
func();//没有参数时，使用默认的参数
func(666);//有参数时，使用指定的实参
}
2、缺省参数的分类
①全缺省参数
void func(int a = 13, int b = 22, int c = 9)//全缺省
{
cout << a << endl;
cout << b << endl;
cout << c << endl;
}②半缺省参数
void func(int a, int b, int c = 9)//半缺省
{
cout << a << endl;
cout << b << endl;
cout << c << endl;
}注意：
- 半缺省参数必须从右往左依次给出，不能间隔着给。
void func1(int a=33, int b, int c)//错误写法
{
cout << a << endl;
cout << b << endl;
cout << c << endl;
}
void fun2(int a, int b = 22, int c)//错误写法、
{
cout << a << endl;
cout << b << endl;
cout << c << endl;
}- 缺省参数不能同时在函数的声明和定义中同时出现，一般声明给缺省参数，定义不给。
//test.h
void func(int a = 13, int b = 22, int c = 9);
//test.cpp
void func(int a = 13, int b = 22, int c = 9)
{
cout << a << endl;
cout << b << endl;
cout << c << endl;
}
- 缺省值必须是常量或者全局变量
- C语言不支持(编译器不支持)
五、函数重载
自然语言中，一个词可以有多重定义，人们可以通过上下文来判断该词的真正含义，即该词被重载了。
比如：以前有一个笑话，中国有两个体育项目大家根本不用看，也不用担心。一个是乒乓球，一个是男足。前者是“谁也赢不了”，后者也是“谁也赢不了”。
函数重载：是函数的一种特殊情况，C++允许在同一作用域中声明几个功能类似的同名函数，这些同名的函数的形参列表（参数个数或类型或类型顺序）不同，常用来处理实现功能类似数据类型不同的问题。
#include<iostream>
using namespace std;
//1.参数类型不同
int Add(int a, int b)
{
cout << "int Add(int a, int b)" << endl;
return a + b;
}
double Add(double a, double b)
{
cout << "double Add(double a, double b)" << endl;
return a + b;
}
//2.参数个数不同
void f()
{
cout << "int f()" << endl;
}
void f(int a, int b)
{
cout << "void f(int a, int b)" << endl;
}
//2.参数顺序不同
void f(int a, char b)
{
cout << "void f(int a, char b)" << endl;
}
void f(char b, int a)
{
cout << "void f(char b,int a)" << endl;
}
int main()
{
Add(1, 2);
Add(1.2, 2.4);
f();
f(1, 1);
f(13, 'N');
f('M', 3);
}
六、引用
1、引用概念
引用不是新定义一个变量，而是给已存在的变量取了一个别名，编译器不会为引用开空间，它和它引用的变量共用一块内存空间。
比如：李逵，在家称为“铁牛”，江湖上人称“黑旋风”。
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
int a = 3;
int& b = a;//定义引用类型
char c = 's';
char& d = c;
cout << a << " " << b << endl;
cout << c << " " << d << endl;
}
注意：引用类型必须和引用实体是同类型的。
2、引用特征
①引用在定义时必须初始化。
②一个变量可以有多个引用。
③引用一旦引用一个实体，就不能再引用其他实体。
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
int a = 3;
//int& ra1;定义时没有初始化，错误
int& ra2 = a;
int b = 66;
ra2 = b;//这里并不是改变了ra2引用的实体，而是赋值，把b的值赋给了ra2指向的实体
int& ra3 = a;
int& ra4 = a;//一个变量可以有多个引用
cout << a << " " << ra2 << " " << ra3 << " " << ra4 << endl;
}
3、常引用
#include<iostream>
using namespace std;
int mian()
{
const int a = 10;
//int& ra = a;这段代码会报错
//因为a是const常量,权限小，ra引用的是变量，权限大
//权限可以平移，可以缩小，但是不能放大，所以这里会报错
//int& ra = 10;这段代码也会报错，和上面同理
const int& ra = a;//这里是权限的平移
int b = 22;
const int& rb = b;//这里是权限的缩小
double c = 3.14159;
//int& rc = c;这段代码很明显是错误的
const int& rc = c;//但是这段代码是正确的
//这是因为在类型转换时，会出现一个临时变量
//系统不会改变c的类型，而是改变临时变量的类型
//临时变量具有常性，是一个常数
//所以上面的那段代码之所以会报错，是因为权限放大了。
}4、使用场景
①做参数
#include<iostream>
using namespace std;
void Swap(int& a, int& b)//用引用做参数就不用指针了
{
//直接改变引用就可以改变实参
int tmp = a;
a = b;
b = tmp;
}
int main()
{
int a = 78, b = 32;
cout << "交换前：" << "a=" << a << " b=" << b << endl;
Swap(a, b);
cout << "交换后：" << "a=" << a << " b=" << b << endl;
return 0;
}
②做返回值
#include<iostream>
using namespace std;
int& Count()//返回类型为引用
{
static int n = 0;
n++;
return n;
}
int main()
{
cout << Count() << endl;
Count()++;//因为返回值是引用，所以可以直接++
cout << Count() << endl;
return 0;
猜一下下面这段代码打印的结果
#include<iostream>
using namespace std;
int& Add(int a,int b)
{
int c = a + b;
return c;
}
int main()
{
int& ret = Add(1, 2);
Add(99, 101);
cout << "ret=" << ret << endl;
return 0;
}
为什么打印的结果是随机值呢？因为Add函数返回的是c的引用，但是c的生命周期在函数结束时就结束了，c的空间被释放了，此时返回引用值，ret引用的就是一块被释放掉的空间，这块空间可能会再次被使用、可能被重写成随机值、也可能不变。所以在使用引用值返回要注意：如果函数返回时，出了函数作用域，如果返回对象还在(还没还给系统)，则可以使用引用返回，如果已经还给系统了，则必须使用传值返回。
5、传值、传引用效率比较
#include <time.h>
struct A{ int a[10000]; };
void TestFunc1(A a){}
void TestFunc2(A& a){}
void TestRefAndValue()
{
A a;
// 以值作为函数参数
size_t begin1 = clock();
for (size_t i = 0; i < 10000; ++i)
TestFunc1(a);
size_t end1 = clock();
// 以引用作为函数参数
size_t begin2 = clock();
for (size_t i = 0; i < 10000; ++i)
TestFunc2(a);
size_t end2 = clock();
// 分别计算两个函数运行结束后的时间
cout << "TestFunc1(A)-time:" << end1 - begin1 << endl;
cout << "TestFunc2(A&)-time:" << end2 - begin2 << endl;
}
6、值返回和引用返回效率比较
#include <time.h>
struct A
{
int a[10000];
};
A a;
// 值返回
A TestFunc1() { return a; }
// 引用返回
A& TestFunc2() { return a; }
void TestReturnByRefOrValue()
{
// 以值作为函数的返回值类型
size_t begin1 = clock();
for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)
TestFunc1();
size_t end1 = clock();
// 以引用作为函数的返回值类型
size_t begin2 = clock();
for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)
TestFunc2();
size_t end2 = clock();
// 计算两个函数运算完成之后的时间
cout << "TestFunc1 time:" << end1 - begin1 << endl;
cout << "TestFunc2 time:" << end2 - begin2 << endl;
}
七、内联函数
1、内联函数的概念
以inline修饰的函数叫做内联函数，编译时C++编译器会在调用内联函数的地方展开，没有函数调用建立栈帧的开销，内联函数提升程序运行的效率。
这是非内联函数的汇编，会call到Add函数里：
这是内联函数的汇编，他不会call到Add函数里，而是在调用内联函数的地方展开：
2、内联函数特性
①inline是一种以空间换时间的做法，如果编译器将函数当成内联函数处理，在编译阶段，会将函数体替换成函数调用，缺陷：可能会使目标文件变大，优势：减少了调用开销，提高程序运行效率。
②inline对于编译器而言只是一个建议，不同的编译器关于inline实现机制可能不同，一般建议：将函数规模较小、不是递归、且频繁调用的函数采用inline修饰，否则编译器会忽略inline特性。下图为《C++prime》第五版关于inline的建议：
③inline不建议声明和定义分离，分离会导致链接错误。因为inline被展开，就没有函数地址了，链接会找不到，可以直接把内联函数定义在.h文件里。
//test.h
#include<iostream>
using namespace std;
inline int Add(int& a, int& b);
//test.cpp
inline int Add(int& a, int& b)
{
return a + b;
}
//main.cpp
int main()
{
int a = 78, b = 32;
int ret = Add(a, b);//编译会报错
cout << ret << endl;
return 0;
}
八、auto关键字（C++11）
1、类型别名思考
随着程序越来越复杂，程序中用到的类型也越来越复杂，经常体现在：
①类型难于拼写。
②含义不明导致容易出错。
#include <string>
#include <map>
int main()
{
std::map<std::string, std::string> m{ { "apple", "苹果" }, { "orange","橙子" },{"pear","梨"} };
std::map<std::string, std::string>::iterator it = m.begin();
while (it != m.end())
{
//....
}
return 0;
}std::map<std::string, std::string>::iterator是一个类型，但是该类型太长了，特别容易写错，此时我们可以选择用typedef给类型取别名，比如：
#include <string>
#include <map>
typedef std::map<std::string, std::string> Map;
int main()
{
Map m{ { "apple", "苹果" }, { "orange","橙子" },{"pear","梨"} };
Map::iterator it = m.begin();
while (it != m.end())
{
//....
}
return 0;
}使用typedef给类型取别名确实可以简化代码，但是typedef会遇到新的难题：
typedef char* pstring;
typedef int a;
int main()
{
const pstring p1; // 编译成功还是失败？
//有人可能会认为p1的类型时const char* p1
//但实际上是char* const p1,这是指针常量，常量必须赋值
//所以会编译错误
const pstring* p2; // 编译成功还是失败？
//p2的实际类型是char* const* p2,这是指向指针常量的指针，不需要赋值
//所以不会编译错误
return 0;
}在编程时，常常需要把表达式结果赋值给变量，这就要求在变量声明的时候清楚地知道表达式的类型。然而有时候想要知道表达式结果的类型并不容易，因此C++11给auto赋予了新的含义。
2、auto简介
在早期C/C++中auto的含义是：使用auto修饰的变量，是具有自动存储器的局部变量。
C++11中，标准委员会赋予了auto全新的含义：auto不再是一个存储类型指示符，而是作为一个新的类型指示符来指示编译器，auto声明的变量必须由编译器在编译时推导而得。
int TestAuto()
{
return 10;
}
int main()
{
int a = 10;
auto b = a;
auto c = 'a';
auto d = TestAuto();
//typeid()可以看实际类型
cout << typeid(b).name() << endl;
cout << typeid(c).name() << endl;
cout << typeid(d).name() << endl;
//auto e; 无法通过编译，使用auto定义变量时必须对其进行初始化
return 0;
}
注意：使用auto定义变量时必须对其进行初始化，在编译阶段编译器需要根据初始化表达式来推导auto的实际类型。因此auto并非是一种“类型”声明，而是一个类型声明时的“占位符”，编译器在编译期间会将auto替换为变量实际的类型。
3、auto的使用细则
①auto与指针和引用结合起来使用
用auto声明指针类型时，用auto和auto*没有任何区别，但是用auto声明引用类型时则必须加&
int main()
{
int x = 10;
auto a = &x;
auto* b = &x;
auto& c = x;
cout << typeid(a).name() << endl;
cout << typeid(b).name() << endl;
cout << typeid(c).name() << endl;
*a = 20;
*b = 30;
c = 40;
return 0;
}
②在同一行定义多个变量
当在同一行定义多个变量时，这些变量必须是相同的类型，否则编译器将会报错，因为编译器实际只对第一个类型进行推导，然后用推导出来的类型定义其他变量。
void TestAuto()
{
auto a = 1, b = 2;
auto c = 3, d = 4.0; // 该行代码会编译失败，因为c和d的初始化表达式类型不同
}
4、auto不能推导的场景
①auto不能作为函数的参数
// 此处代码编译失败，auto不能作为形参类型，因为编译器无法对a的实际类型进行推导
void TestAuto(auto a)
{}
②auto不能直接用来声明数组
void TestAuto()
{
int a[] = {1,2,3};
auto b[] = {4，5，6};
}
③为了避免与C++98中的auto发生混淆，C++11只保留了auto作为类型指示符的用法
九、基于范围的for循环（C++11）
1、范围for循环的语法
在C++98中如果要遍历一个数组，可以按照以下方式进行：
int main()
{
int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++i)
array[i] *= 2;
for (int* p = array; p < array + sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++p)
cout << *p << endl;
return 0;
}对于一个有范围的集合而言，由程序员来说明循环的范围是多余的，有时候还容易犯错误，因此C++11中引入了基于范围的for循环。for循环后的括号由冒号“：”分为两部分：第一部分是范围内用于迭代的变量，第二部分则表示被迭代的范围。
int main()
{
int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
for (auto& e : array)//不用auto，用int也行
e *= 2;
for (auto e : array)//依次取数组中的数据赋值给
cout << e << " ";
return 0;
}注意：与普通循环类似，可以用continue来结束本次循环，也可以用break来跳出整个循环。
2、范围for的使用条件
for循环迭代的范围必须是明确的。
对于数组而言，就是数组中第一个元素和最后一个元素的范围；对于类而言，应该提供begin和end方法，begin和end就是for循环迭代的范围。
看下面这段代码：
void TestFor(int* array)//函数的形参没有数组的概念，array时候指针
{
cout << typeid(array).name() << endl;
//for (auto& e : array)//所以这里会报错
// cout << e << endl;
}
int main()
{
int array[] = { 1,2,3,4,5 };
cout << typeid(array).name() << endl;
TestFor(array);
}
十、指针空值nullptr（C++11）
1、C++98中的指针空值
在良好的C/C++编程习惯中，声明一个变量时最好给该变量一个合适的初始值，否则可能会出现不可预料的错误，比如未初始化的指针。如果一个指针没有合法的指向，我们基本上都是按照如下方式对其进行初始化：
int main()
{
int* p1 = NULL;
int* p2 = 0;
// ……
return 0;
}NULL实际是一个宏，在传统的C头文件（stddef.h）中，可以看到如下代码：
#ifndef NULL
#ifdef __cplusplus
#define NULL 0
#else
#define NULL ((void *)0)
#endif
#endif可以看到，NULL可能被定义为字面常量0，或者被定义为无类型指针（void*）的常量。无论采取何种定义，在使用空指针时，都不可避免的会遇到一些麻烦，比如：
void f(int)
{
cout<<"f(int)"<<endl;
}
void f(int*)
{
cout<<"f(int*)"<<endl;
}
int main()
{
f(0);
f(NULL);
f((int*)NULL);
return 0;
}
程序本意是想通过（NULL）调用指针版本的（int*）函数，但是由于NULL被定义成0，因此与程序的初衷相悖。
在C++98中，字面常量0既可以是一个整形数字，也可以是无类型指针（void*）常量，但是编译器在默认情况下将其看成是一个整型常量，如果要将其按照指针方式来使用，必须对其进行强制类型转换。
C++11定义了关键字nullptr，它的值还是0，但是类型时（void*）
void f(int)
{
cout << "f(int)" << endl;
}
void f(int*)
{
cout << "f(int*)" << endl;
}
int main()
{
f(nullptr);
return 0;
}
注意：
①在使用nullptr表示空指针时，不需要包含头文件，因为nullptr是C++11作为新关键字引入的。
②在C++11中sizeof（nullptr）与sizeof（（void*）0）所占字节数相同。
③为了提高代码的健壮性，表示指针控制最好使用nullptr。