最近太忙了，发论文写开题，有两周时间没有学习C++了，因为都是抽时间来学习，所以本篇博客也是零零散散的，接下来尽量抽时间吧

六、引用

6.1 引用概念

6.2 引用特性

6.3 常引用

6.4 使用场景

6.5 传值、传引用效率比较

6.6 指针和引用的区别（高频面试题）

七、内联函数

7.1 概念

7.2 特性

八.、auto关键字(C++11)

8.1 类型别名思考

8.2 auto简介

8.3 auto的使用细则

8.4 auto不能推导的场景

九、基于范围的for循环(C++11)

9.1 范围for的语法

9.2 范围for的使用条件

十、指针空值nullptr(C++11)

六、引用

6.1 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。 （取别名）

void Swap(int& left, int& right)
{
	int temp = left;
	left = right;
	right = temp;
}
int main()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	Swap(a, b);
	printf("%d %d\n", a, b);
	return 0;
}

如上代码，left就是a的别名， right既是b的别名，只在前面加个 &即可

如下代码，a和ra地址相同，他们使用的是同一块内存空间，所以修改一个，都就变了

ra就是给已经存在的a取了个别名

int main()
{
	int a = 10;//实体
	//给a取别名，为ra
	int& ra = a;
	cout << a << endl;
	cout << &a << endl;
	cout << &ra << endl;
	//修改ra，a也会改变，因为是同一个东西
	ra = 100;
	cout << a << endl;
	return 0;
}

注意：引用类型必须和引用实体是同种类型的

如果给上面代码加上一句： long& la = a; 那么就会报错 //error c2440:无法从Int转换为long

6.2 引用特性

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，再不能引用其他实体

比如ra引用a了，就不用再去用ra引用b

void TestRef()
{
 int a = 10;
// 下面该条语句编译时会出错，没有初始化
 // int& ra; 
//一个变量可以多个引用，类似于一个人有多个绰号
 int& ra = a;
 int& rra = a;
 printf("%p %p %p\n", &a, &ra, &rra); 
}

6.3 常引用

将const类型的引用称为const引用

const修饰a，说明a是常量，常量不允许修改

void TestConstRef()
{
const int a = 10;
//int& ra = a; // 该语句编译时会出错，普通类型引用不能用，不然你引用了，修改ra会改变a，冲突
const int& ra = a;


// int& b = 10; // 该语句编译时会出错，b为常量
const int& b = 10;


double d = 12.34;
//int& rd = d; // 该语句编译时会出错，类型不同
const int& rd = d;
}

如上，定义的是double d，按道理int& rd与之类型不同，是不同通过的，但前面加上 const 就可以正常运行。为什么？

编译器发现double和int之间可以发生隐式类型转换，于是重新创建一块整形空间，将d中的整形部分放在临时空间中。因为临时空间是编译器线上开辟的，用户不知道这块空间的名字，也不知道这块空间的地址，自然临时空间中的值就不能被修改，即：临时空间具有常性

6.4 使用场景

1.为了简化代码直接给复杂的表达式取别名

struct A
{
	int a;
};

struct B
{
	A aa;
	int b;
};
struct C
{
	B bb;
	int c;
};
int main()
{
	struct C cc;
	cc.c = 1;
	cc.bb.b = 2;
	cc.bb.aa.a = 3;

	//为了简化代码，最后效果一样
	B& bb = cc.bb;
	bb.b = 2;
	bb.aa.a = 3;
	return 0;
}

2.引用作为函数的形参

这就是本次一开始的代码，在调用时，形参left是a的别名，right是b的别名

注意：如果不想通过形参修改外部的实参，可以将形参设置为const类型的引用

void Swap(int& left, int& right)
{
	int temp = left;
	left = right;
	right = temp;
}
int main()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	Swap(a, b);
	printf("%d %d\n", a, b);
	return 0;
}

3.用引用作为函数的返回值

int& Add(int left, int right)
{
	int temp = left + right;
	return temp;
}
int main()
{
	int& ret = Add(1, 2);
	printf("%d\n", ret);
	printf("%d\n", ret);
	printf("%d\n", ret);
	return 0;
}

按道理，一般认为结果都是3，实际运行如下

并且也有警告： warning C4172: 返回局部变量或临时变量的地址: temp

ret将add的返回值接收了之后，在程序中并没修改ret，但是后两次打印ret时结果发生变化，为什么？

规则：函数以引用的方式返回，一定不能返回函数栈上的空间

因为：当函数调用结束之后，栈上的空间就被回收了

如果在外部以引用的方式接收函数的返回值，外部的引用实际引用的就是一块非法的空间

正确的返回方式：返回的实体只要不随函数的结束而销毁

比如：全局变量，静态变量，引用类型的参数

6.5 传值、传引用效率比较

以值作为参数或者返回值类型，在传参和返回期间，函数不会直接传递实参或者将变量本身直接返回，而是传递实参或者返回变量的一份临时的拷贝，因此用值作为参数或者返回值类型，效率非常低下的，尤其是当参数或者返回值类型非常大时，效率就更低

#include<iostream>
#include<time.h>
using namespace std;

struct SeqList
{
	int array[1000];
	int size;
};

void TestValue(SeqList s) //传值
{

}
void TestPtr(SeqList* ps) //传地址
{}

void TestRef(SeqList& s)   //引用
{}

void TestTime(int n)
{
	SeqList s;
	//获取起始时间
	size_t beginVal = clock();
	for (int i = 0; i < n; ++i)
	{
		TestValue(s);
	}
	//获取结束的时间
	size_t endVal = clock();
	cout << "TestVal:" << endVal - beginVal << endl;

	//获取起始时间
	size_t beginPtr = clock();
	for (int i = 0; i < n; ++i)
	{
		TestPtr(&s);
	}
	size_t endPtr = clock();
	cout << "TestPtr:" << endPtr - beginPtr << endl;

	//获取起始时间
	size_t beginRef = clock();
	for (int i = 0; i < n; ++i)
	{
		TestRef(s);
	}
	size_t endRef = clock();
	cout << "TestRef:" << endRef - beginRef << endl;
}
int main()
{
	TestTime(1000000);
	return 0;
}

通过上述代码的比较，发现传值和指针在作为传参以及返回值类型上效率相差很大

传地址和传引用的效率差不多，而引用比指针更加安全、代码可读性高，所以一般情况下推荐传引用。

6.6 指针和引用的区别（高频面试题）

首先进行一段代码的比较，并查看反汇编程序

问题：

引用为别名，编译器不会给引用变量重新开辟内存空间，引用与其引用的实体共用同一份内存空间。但是发现：引用实际有空间，空间存放的是引用实体的地址，如何理解解释？

语法概念阶段：引用就是别名，编译器不会给引用变量开辟空间，方便理解

底层实现：要实现引用的技术，底层又把引用还原成指针---引用是语法层面的概念，在底层实际是没有引用的概念的，只有指针。

回到问题：指针和引用的区别

答：在底层实现上：引用和指针就是一样的，即引用在底层就是按照指针的方式实现的，因此引用实际上也是有空间的，内存存储的是其引用实体的地址。

引用和指针的不同点:

1. 引用概念上定义一个变量的别名，指针存储一个变量地址。

2. 引用在定义时 必须初始化 ，指针没有要求

3. 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

4. 没有 NULL 引用，但有 NULL 指针

5. 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 )

6. 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

7. 有多级指针，但是没有多级引用

8. 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

9. 引用比指针使用起来相对更安全

七、内联函数

宏的优缺点？

优点：

1. 增强代码的复用性。

2. 提高性能。

缺点：

1. 不方便调试宏。（因为预编译阶段进行了替换）

2. 导致代码可读性差，可维护性差，容易误用。

3.没有类型安全的检查。

C++ 有哪些技术替代宏 ？

1. 常量定义换用 const enum

2. 短小函数定义换用内联函数

C++对c语言中的宏进行了优化

宏常量的优势：

1.可以达到一改全改的效果，提高了程序的扩展性

2.可以提高程序的可读性

#define NUM 100
int main()
{
	int array[NUM];
	for (int i = 0; i < NUM; i++)
	{
		array[i] = i * 10;
	}
	for (int i = 0; i < NUM; i++)
	{
		cout << array[i] << " ";
	}
	cout << endl;

	return 0;
}

宏常量的缺陷：

宏常量在定义时没有类型，在预处理阶段发生的替换，也不会进行类型检测

如下代码在3.14外加了双引号，运行报错却在第五行

#define PI "3.14"
int main()
{
	double r = 2.0;
	cout << PI * r * r << endl;
	cout << PI * 2 * r << endl;
	return 0;
}

因为宏常量有缺陷，因此在C++中，使用Const定义的常量代替宏

在C++中，被const修饰的变量不在是变量，而是一个常量

在C语言中，被const修饰的变量不是常量，而是一个不能被修改的变量

在C++中使用const修饰，会在定义PI时报错，清清楚楚，不会引起麻烦。

宏函数

优点：在预处理阶段展开（展开：就是用宏体替换宏使用的位置）少了函数调用的开销

7.1 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 )

7.2 特性

1. 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。

2. 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、频繁调用 的函数采用inline 修饰，否则编译器会忽略 inline 特性

3. 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，链接就会找不到

八.、auto关键字(C++11)

8.1 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. 含义不明确导致容易出错

使用typedef给类型取别名确实可以简化代码，但是typedef有会遇到新的难题

typedef char* pstring;
int main()
{
 const pstring p1; // 编译成功还是失败？
 const pstring* p2; // 编译成功还是失败？
 return 0;
}

上例代码把pstring等价于char*，但是实际编译时第四行p1会报错，const放在pstring前后意义是不同的

在编程时，常常需要把表达式的值赋值给变量，这就要求在声明变量的时候清楚地知道表达式的类型。然而有时候要做到这点并非那么容易

8.2 auto简介

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

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 e; 无法通过编译，使用auto定义变量时必须对其进行初始化

int main()
{
	int a = 10;
	double r = 2.0;

	auto a1 = 5;
	auto r1 = 10.22;
	cout <<typeid(a1).name() << endl;
	cout <<typeid(r1).name() << endl;
	return 0;
}

查看 a1,d1的类型

8.3 auto的使用细则

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& ，如下代码：

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;
}

如下，加不加*都是int*类型

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

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
}

8.4 auto不能推导的场景

1. auto 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)
{}

2. auto 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

4. 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。

九、基于范围的for循环(C++11)

9.1 范围for的语法

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

void TestFor()
{
 int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
 for(auto& e : array)
 e *= 2;
 
 for(auto e : array)
 cout << e << " ";
 
 return 0;
}

for(auto e: 范围)：e将来是范围中的每个元素的拷贝，即不能通过e修改范围中的数据

for(auto& e: 范围)：e将来是范围中每个元素的别名，即可以通过e修改范围中的元素

9.2 范围for的使用条件

1. 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。注意：以下代码就有问题，因为for 的范围不确定

void TestFor(int array[])
{
 for(auto& e : array)
 cout<< e <<endl;
}

2. 迭代的对象要实现 ++ 和 == 的操作 。

十、指针空值nullptr(C++11)

在c++11之前，统一使用NULL表示空值指针，下面为表示方法

int main()
{
	//c++98
	int* pq = NULL;

	//c++11
	int* p2 = nullptr;

	return 0;
}

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，

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

在 f (NULL) 中发现，并没有调用int*的版本，实际上调用的也是int的重载方法，原因是直接把NULL定位为0了。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

注意：