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C++入门 | auto关键字、范围for、指针空值nullptr

文章编号：C++ / 03

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一、auto 关键字

1. auto 简介

在C++中，auto是一个关键字，用于自动推断变量的类型。使用auto可以省略变量的类型声明，是具有自动存储器的局部变量，编译器会根据变量的初始值自动推断出变量的类型。

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。

举例代码：

#include<iostream>
using namespace std;
int Test()
{
	return 8;
}
int main()
{
	int a = 10;
	auto b = a;
	auto c = 'c';
	auto d = Test();
	cout << typeid(b).name() << endl;
	cout << typeid(c).name() << endl;
	cout << typeid(d).name() << endl;
	return 0;
}

输出结果：

auto关键字可以用于任何有初始值的表达式，包括函数返回值、lambda表达式等。

auto关键字的使用有以下几个注意点：

1. auto不能用于函数参数、函数返回值、类的成员变量等地方，只能用于局部变量。
2. auto并不会引入运行时的开销，编译器在编译时就会将auto推断为具体的类型。
3. auto的推断结果是根据变量的初始值来推断类型的，如果变量的初始值是引用类型，则auto推断出的类型也是引用类型。

2. auto 如何使用 ？

2.1 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&

举例代码：

#include<iostream>
using namespace std;
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;
}

输出结果：

2.1 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
}

3. auto 不能推导的场景

在C++中，关键字auto用于自动推导变量的类型，但也有一些情况下auto无法进行推导，包括：

1. auto不能作为函数参数

void TestAuto(auto a)
{
	// 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
}

2. auto不能直接用来声明数组

void TestAuto()
{
    int a[] = {1,2,3};
    auto b[] = {4，5，6}; //编译失败
}

5. auto不能用于非静态成员变量，auto只能用于函数内部的局部变量，无法用于类的非静态成员变量。

6. auto不能推导出无法在编译时确定类型的表达式，例如使用函数返回值或运行时计算的表达式作为初始化值。

7. 如果使用auto初始化的变量有多个初始化表达式，并且它们的类型不一致，那么编译器无法确定确切的类型，从而无法进行推导。

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二、范围for

1. 范围for的语法

在C++98中要遍历一个数组，要按照以下方式进行：

void TestFor()
{
	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;
	}
}

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。

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。

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

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. C++的范围for循环（也称为“foreach循环”）

用于便捷地遍历一个容器（如数组、向量、列表等）中的每一个元素。范围for循环的语法如下：

for (auto element : container)
{
    // 执行操作
}

其中，element是容器中的元素，container是要遍历的容器。

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三、指针空值nullptr

1. nullptr简介

指针空值nullptr是C++11引入的一个特殊值，用于表示空指针。
在C++中，指针用来存储内存地址，当一个指针没有被初始化时，它的值是不确定的。nullptr可以被用来初始化指针，表示该指针不指向任何有效的内存地址。

在C++11之前，通常使用NULL宏来表示空指针，但NULL宏的定义可能是0或者(void*)0。由于0有特殊含义，因此使用nullptr来表示空指针更加明确和安全。

使用nullptr的示例：

int* ptr = nullptr; // 初始化一个空指针 
if (ptr == nullptr)
{ 
	// 执行一些操作 	
}

注意：nullptr只能用于指针类型，不能用于整数类型。如果将nullptr赋值给整数类型的变量，会引发编译错误。

2. nullptr的使用注意

1. 在使用nullptr表示指针空值时，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)所占的字节数相同。
3. 为了提高代码的健壮性，在后续表示指针空值时建议最好使用nullptr。

3. C++98中的指针空值（NULL）

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：

void TestPtr()
{
	int* p1 = NULL;
	int* p2 = 0;
	// ……
}

4. 为什么要用nullptr代替NULL ?

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。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，比如下面代码：

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。

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