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From C to C++

C++ 类与对象

C++ 类 (Class) 可以看做是 C 中结构体 (Struct) 升级版。Class 的成员不仅仅可以是变量还可以是函数，类的成员变量称为“属性 (Property)”，成员函数称为“方法(Method)”。通过类定义出来的变量叫做“对象(Object)”，创建对象的过程叫做类的实例化，因此也称对象是类的一个“实例 (Instance)”。

C++ 的编译与运行

C 语言源文件后缀都是 .c，头文件后缀都是 .h；但对于 C++，不同编译器支持的后缀不太一样，常用的 C++ 头文件后缀有 .h、.hpp、.hxx，常用的 C++ 源文件的后缀有 .cpp、.cc、.cxx、.C、.c++。

在 C 语言中，我们可以使用 gcc 命令来编译和链接 C 程序。编译 C++ 时，gcc 命令也可以使用，不过要增加 -lstdc++ 选项；不过 GCC 中还有一个专门用来编译 C++ 程序的 g++ 命令，也可以用它来编译 C++。

C++ 命名空间

为了解决合作开发时的命名冲突问题，C++ 引入了命名空间 (Namespace)，定义一个命名空间的语法格式为：

namespace name {
    // #define
    // typedef
    // variables
    // functions
    // classes
    // ...
}

:: 为 C++ 中的新符号，称为”域解析操作符 (scope resolution operator)“，要使用命名空间中定义的变量函数等，可以用 name::variable， name::function 等来使用。

除了直接使用域解析操作符，还可以使用 using 关键字声明：

using name::variable;
// 就可以直接使用 variable
variable = 1;

using 关键字也可以直接声明整个命名空间：

using name; 
// 后续作用范围内的代码可以直接使用 name 中定义的 variables，functions，...
// 若未具体指定命名空间的变量发生命名冲突，默认采用命名空间 name 中的变量

std 是 C++ 标准库类型对象的命名空间。

早期 C++ 不完善的时候，还不支持命名空间，这时 C++ 还在使用 C 的库，stdio.h、stdlib.h、string.h 等头文件仍然有效，C++ 也开发了一些新的库，添加了如 iostream.h、fstream.h、complex.h 的头文件。

后来 C++ 引入命名空间的概念，将库、类、函数、宏等都统一纳入一个命名空间，即 std，但为了兼容早期的老式 C++，故保留原来的 .h 头文件和库，然后把原来的库复制一份，并稍加修改后将库、类、函数、宏等纳入命名空间 std。为了避免头文件重名，新版的 C++ 库的头文件，对于 C++ 语言新增的头文件，其命名去掉了 .h 后缀，即 iostream.h 变为了 iostream；而原来的 C 语言头文件，去掉后缀 .h 并添加前缀 c，即 stdio.h 变为了 cstdio。

虽然早期的 C++ 头文件（如 iostream.h）与 C 头文件（如 stdio.h）仍被支持，但其内容却不在命名空间 std 中。因此，对原来的头文件，即使按 C++ 方式来引入（如 #include <cstdio>），其符号也既可以位于命名空间 std 中，可以位于全局范围内。

C++ 输入输出

C 语言中，通常使用 scanf 和 printf 进行输入输出，而在 C++ 中，这两个函数仍可以使用，但 C++ 添加一套新的，更容易使用的输入输出库。即使用 <iostream> 中定义的输入输出对象 cin、 cout、cerr。如下是一个示例，具体使用于后续章节。

int num;
std::cin >> num;
std::cout << "Hello World! Input is:" << num << std::endl;

C++ 变量定义位置

C 语言中，C89 规定，所有局部变量必须定义在函数开头，C99 标准取消了这条限制。C++ 标准取消了这个限制，变量只要在使用之前定义好即可。

C++ 布尔类型

在 C 语言中表示真假： 0 为假，非 0 为真。而 C++ 中新增 bool 类型，一般占 1 字节长度，值为 true（真） 和 false（假）。

C++ 常量 (Constant)

在 C 语言中，const 用来限制一个变量，表示这个变量不能修改。在 C++ 中，const 的含义并没有改变，但是其有一些细节上的不同。

  1. C 语言中，const 变量的读取需要访问内存；而在 C++ 中，对 const 变量的取值会在编译阶段完成值替换，有点类似于 #define，但是 #define 的值替换是在预处理阶段。
  2. C 语言中，const 全局变量的可见范围是整个程序，在其他文件中使用 extern 声明即可使用；但在 C++ 中 const 全局变量的可见范围仅限于当前文件，在其他文件中不可见，因此可以定义在头文件中，多次引入也不会出错。

C++ 动态内存分配管理

C 语言中，动态内存管理用 malloc() 和 free() 函数。C++ 中，这两个函数仍可以使用，但新增两个关键字，new 和 delete。

int *p = new int;
int *arr = new int[24];
delete p;
delete[] arr;

C++ 中，建议使用 new 和 delete 来管理内存分配，其最明显的特性是可以自动调用构造函数和析构函数。

C++ inline 函数

为了消除函数调用的时空开销，C++ 提供了一种高效的方法 —— 内联函数（Inline Function），其在编译时会将函数调用用函数体替换掉。（inline 声明只是程序员对编译器提出的建议，怎样做由编译器自己决定。）

inline int func(int a, int b) {
    // functions body
}

由于内联函数会在编译期间进行替换，所以我们可以将容易踩坑的宏 (#define) 替换为内联函数。如：

// 宏 SQ 可以替换为内联函数 sq
#define SQ(y) ((y) * (y))
inline int sq(int y) { return y * y; }

inline 关键字要在函数定义处添加，在函数声明处的 inline 关键字会被编译器忽略。

更严格来说，内联函数不应该有声明。在多文件编程中，通常会把函数定义放在源文件，函数声明放在头文件，但这种做法不适用于内联函数，将内联函数的声明和定义分放在不同文件会出错。这是因为程序会先在编译期间用对内联函数进行替换，替换后，内联函数定义将不存在，其后进行链接时，有内联函数声明的文件将找不到内联函数定义，从而链接错误。

C++ 函数重载

在 C 语言中，要实现功能相近但参数列表不同的函数，只能分别设计出多个不同函数名的函数。但在 C++ 中，可以实现函数重载 (Function Overloading)，它允许多个函数拥有相同的名字，只要他们的参数列表不同就可以（参数列表不同包含参数类型、数量或顺序的不同）。注意仅仅是返回值的不同不能作为重载的依据。

这是因为 C++ 编译时会根据参数列表对函数进行重命名，如 bool func(int a, int b) 会被重命名为 _func_int_int，而 bool func(float a, float b) 会被重命名为 _func_float_float（不同编译器有不同的重命名方式，仅做举例说明）。

函数重载匹配优先级：

  1. 精确匹配
  2. 直接匹配
  3. 从数组名到数组指针，从函数名到函数指针，从非 const 到 const 的类型转换
  4. 类型提升后匹配（不会降低数据精度）
  5. 整型：bool、char、short 转换为 int，char16_t、char32_t、wchar_t 转换为 int、long、long long。
  6. 浮点：float 转换为 double
  7. 自动类型转换后匹配（除类型提升外的可行的类型转换，精度可能会降低）

如果在同一个优先级中，找到多个合适的重载函数，编译器不知道如何抉择，就会发生编译错误。若函数有多个参数，而有参数对不同函数重载的优先级胜出结果不一致，编译器也会不知如何抉择，从而发生二义性错误。

C++ 与 C 混合编程

C++ 支持函数重载，会在编译阶段对函数名进行重命名；而 C 不支持函数重载，所以并不会在编译阶段对函数名进行太大的修改。由于 C 和 C++ 对函数名的处理不同，若要进行 C 和 C++ 的混合编程，比如将 test1.c 和 test2.cpp 编译链接，将会在链接阶段无法找到函数的具体实现而报错。

C++ 中提供了相应的解决方案，即借助 extern "C"。extern "C" 可以用来修饰一句/段 C++ 代码，其作用是让编译器以 C 的方式来处理修饰 C++ 代码。对于 C 和 C++ 混合编程的问题，可以在头文件中使用如下格式：

#ifdef _cplusplus
extern "C" {
#endif

/* 需要修饰的声明 */
void func(int a);

#ifdef _cplusplus
}
#endif