【C++初阶】引用内联函数auto关键字范围for循环nullptr

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前言

引用

概念

引用的特点

常引用

引用的使用场景

做参数

做返回值

引用和指针的区别

引用和指针的不同点：

内联函数

内联函数概念

编辑

内联函数的特点

auto关键字

概念

auto使用细则

范围for循环

for范围的使用条件

指针空值nullptr

前言

从上篇文章我们开始分享C++的一些入门基础知识，讲到了关键字、命名空间等一些基础问题，今天我们继续分享一些基础知识，让大家更深入的入门C++。

引用

概念

引用不是新定义一个变量，而是给已存在变量取了一个别名，编译器不会为引用变量开辟内存空
间，它和它引用的变量共用同一块内存空间。

就比如叫你有时称呼你朋友的并不会使用他的大名，而是使用他的外号，虽然两个称呼不一样但是都指的是同一个人。

实例

在C++中我们使用 & 符号来完成引用操作

int main()
{
	int a = 10;
	int& b = a;
	cout << a << endl;
	cout << b << endl;
	return 0;
}

注意：引用类型必须和引用实体时同种类型的

引用的特点

引用在定义时必须初始化
一个变量可以有多个引用
引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体

//引用的特点
int main()
{
	int a = 10;
	//int& ra;
	//不可以空引用
	int& ra = a;
	int& rra = a;
	cout << a << endl;
	cout << ra << endl;
	cout << rra << endl;
	//一个实体可以有多个引用
	int b = 1;
	 ra = b;
	cout << a << endl;
	cout << ra << endl;
	//引用一旦引用了一个实体，就再也不可以引用其他实体，否则会改变原先引用实体的值
	return 0;
}

常引用

const和引用配合使用时的注意点

//常引用
int main()
{
	const int a = 10;
	//int& ra = a;
	const int& ra = a;
	//a是常量，直接引用，会报错 要使用const修饰 引用
	
	//int& b = 10;
	const int& b = 10;
	//直接引用10会报错，因为10是常量，需要用const修饰引用

	double c = 3.14;
	//int& rc = c;
	double& rc = c;
	//引用类型一定要相同
	const int& rrc = c;
	//隐式类型提升 并不是对c进行提升而是会产生一个临时变量

	return 0;
}

引用的使用场景

做参数

//做参数
int add(int& a, int& b)
{
	return a + b;
}
int main()
{
	int a = 10;
	int b = 30;
	cout << add(a, b) << endl;
	return 0;
}

做返回值

//做返回值
int& count()
{
	static int n = 10;
	n++;
	return n;

}
int main()
{
	cout << count() << endl;
	return 0;
}

我们来看看下面的代码

//经典的错误标准的零分
int& Add(int a, int b)
{
	int c = a + b;
	return c;
}
int main()
{
	int& ret = Add(1, 2);
	Add(3, 4);
	cout << "Add(1, 2) is :" << ret << endl;
	return 0;
}

你们可以在自己的电脑上面尝试运行这段代码看看运行结果。

这里的运行结果为7或者随机值。我们的c没有被static修饰函数调用完成后，会销毁栈帧n会丢失，有的编译器会清理数据，有的不会，因此会产生上面的情况。

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。

引用和指针的区别

在语法概念上引用就是一个别名，没有独立空间，和其引用实体共用同一块空间。

//引用和实体公用一块空间
int main()
{
	int a = 10;
	int& ra = a;
	cout << "&a= " << &a << endl;
	cout <<"&ra= " << &ra << endl;
	return 0;
}

在底层实现上实际是有空间的，因为引用是按照指针方式来实现的。

//底层是有空间的，按照指针的方式来实现的
int main()
{
	int a = 10;
	int& ra = a;
	int* pa = &a;
	cout << sizeof(ra) << endl;
	cout << sizeof(pa) << endl;
	return 0;
}

我们来看下引用和指针的汇编代码对比：

我们会发现C++中的引用和C语言中的指针非常相似，但是还是有很多的区别。

引用和指针的不同点：

引用概念上定义一个变量的别名，指针存储一个变量地址。
引用在定义时必须初始化，指针没有要求
引用在初始化时引用一个实体后，就不能再引用其他实体，而指针可以在任何时候指向任何一个同类型实体
没有NULL引用，但有NULL指针
在sizeof中含义不同：引用结果为引用类型的大小，但指针始终是地址空间所占字节个数(32位平台下占4个字节)
引用自加即引用的实体增加1，指针自加即指针向后偏移一个类型的大小
有多级指针，但是没有多级引用
访问实体方式不同，指针需要显式解引用，引用编译器自己处理
引用比指针使用起来相对更安全

内联函数

在介绍内联函数之前我们还要温习以下C语言中的宏

#define Add(x, y) ((x)+(y))
int main()
{
	int x = 1;
	int y = 2;
	cout << Add(x, y) << endl;
	return 0;
}

这是使用宏定义的一个加法表达式

宏的优点：

不用调用堆栈，性能高
代码复用性高

宏的缺点：

不可以调试
代码可读性差，可维护性差，容易误用
没有类型安全检查

基于宏的缺点C++使用

定义常量换用const enum
短小函数的定义换用内联函数

替代C语言中的宏

内联函数概念

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。

如果在上述函数前增加inline关键字将其改成内联函数，在编译期间编译器会用函数体替换函数的
调用。

查看方式：
1. 在release模式下，查看编译器生成的汇编代码中是否存在call Add
2. 在debug模式下，需要对编译器进行设置，否则不会展开(因为debug模式下，编译器默认不会对代码进行优化，以下给出vs2013的设置方式)

内联函数的特点

inline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，会用函数体替换函数调用，缺陷：可能会使目标文件变大，优势：少了调用开销，提高程序运行效率。
inline对于编译器而言只是一个建议，不同编译器关于inline实现机制可能不同，一般建议：将函数规模较小(即函数不是很长，具体没有准确的说法，取决于编译器内部实现)、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：
inline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，就没有函数地址了或者说生成的地址不在符号表中，链接就会找不到。
// F.h
#include <iostream>
using namespace std;
inline void f(int i);
// F.cpp
#include "F.h"
void f(int i)
{
cout << i << endl;
}
// main.cpp
#include "F.h"
int main()
{
f(10);
return 0;
}
// 链接错误：main.obj : error LNK2019: 无法解析的外部符号 "void __cdecl
f(int)" (?f@@YAXH@Z)，该符号在函数 _main 中被引用

auto关键字

概念

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，但遗憾的
是一直没有人去使用它，大家可思考下为什么？
C++11中，标准委员会赋予了auto全新的含义即：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期推导而得。

int main()
{
	int a = 10;
	auto b = a;
	auto c = 'a';
	auto d = &a;

	cout << typeid(b).name() << endl;
	cout << typeid(c).name() << endl;
	cout << typeid(d).name() << endl;

	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”的声明，而是一个类型声明时的“占位符”，编译器在编
译期会将auto替换为变量实际的类型。

auto使用细则

1. auto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，但用auto声明引用类型时则必须
加&。

int main()
{
	int a = 10;
	auto& ra = a;
	auto pa = &a;
	auto* ppa = &pa;
	cout << typeid(ra).name() << endl;
	cout << typeid(pa).name() << endl;
	cout << typeid(ppa).name() << endl;
	return 0;
}

2. 在同一行定义多个变量
当在同一行声明多个变量时，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。


int main()
{
	auto a = 2, b = 3;
	auto c = 4, d = 3.14;//c和d的类型不一样
	return 0;
}

auto不能推导的场景

不可以做函数的参数
不可以直接用来声明数组
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
auto在实际中最常见的优势用法就是跟以后会讲到的C++11提供的新式for循环，还有lambda表达式等进行配合使用。

范围for循环

我们在之前对数组初始化操作时，要得到数组的大小遍历。

int main()
{
	int a[5] = { 1,2,3,4,5 };
	for (int i = 0; i < sizeof(a) / sizeof(a[0]); i++)
	{
		a[i] *= 2;
	}
	for (int i = 0; i < sizeof(a) / sizeof(a[0]); i++)
	{
		cout << a[i];
	}
	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，有时候还会容易犯错误。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 a[] = { 1,2,3,4,5 };
	for (auto &e : a)
	{
		e *= 2;
	}
	for (auto e : a)
	{
		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。

for范围的使用条件

for循环迭代的范围必须是确定的
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的方法，begin和end就是for循环迭代的范围。
迭代的对象要实现++和==的操作。(关于迭代器这个问题，以后会讲，现在提一下，没办法讲清楚，现在大家了解一下就可以了)

指针空值nullptr

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，我们基本都是按照如下
方式对其进行初始化：

我们先看这段代码

 void func(int)
{
	cout << "func(int)" << endl;
}
void func(int*)
{
	cout << "func(int*)" << endl;
}
int main()
{
	func(0);
	func(nullptr);
	return 0;
}

什么原因呢？

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：

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。不论采取何
种定义，在使用空值的指针时，都不可避免的会遇到一些麻烦。

我们对上面的代码改改：

 void func(int)
{
	cout << "func(int)" << endl;
}
void func(int*)
{
	cout << "func(int*)" << endl;
}
int main()
{
	func(0);
	//func(NULL);
	func((int*)NULL);
	return 0;
}

程序本意是想通过f(NULL)调用指针版本的f(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，也可以是无类型的指针(void*)常量，但是编译器
默认情况下将其看成是一个整形常量，如果要将其按照指针方式来使用，必须对其进行强转(void
*)0。

注意：