C++领进门（第三讲）

news2024/11/24 23:53:42

目录

7.内联函数

7.1 概念

7.2 特征

8. auto关键字(C++11)

8.1 auto简介

8.2 auto的使用细则

8.3 auto不能推导的场景

9. 基于范围的for循环(语法糖)(C++11)

9.1 范围for的语法

9.2 范围for的使用条件

10. 指针空值nullptr(C++11)

7.内联函数

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。

例：

#include <iostream>

int add(int x, int y)
{
    return X + y;
}

int main()
{
        cout << add(i, i + 1) << endl;

    return 0;
}

这里add函数会开辟栈帧，我们有什么办法，让它不开辟栈帧也能将这段代码跑完了

方法一：使用#define宏定义

#include <iostream>

#define add(x, y) ((x)+(y))

int main()
{
        cout << add(i, i + 1) << endl;

    return 0;
}

宏是C语言中的，我们知道C++被创建出来就是为了弥补C语言缺点的

#define宏定义的优点：执行不创建栈帧，运行效率高，可以做到一改全改

缺点：复杂，容易出错，不能调试，没有类型检查，可读性差

所以我们C++引入了一个函数来解决#define的缺点：

方法二：使用内联函数：inline

#include <iostream>

inline int add(int x, int y)
{
    return X + y;
}

int main()
{
    int ret = 0;    
    ret = add(1, 2);

    return 0;
}

我们转到反汇编来看一下

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vs2022的设置方式)

没使用inline之前：

可以看到在调用add函数时会出现call指令（call指令的意思是：转移到add函数中，并且将下一个指令的地址进行压栈操作）

使用inline之后：

可以看到没有call指令，所以操作都是在main函数中完成的

注：

inline函数只适用于代码量小且频繁使用的函数

inline只是对编译器提建议，最后取不取用，取决于编译器

有些函数就算你加了inline也会被马上否决掉

例如：

1.代码量较大的函数

2.递归函数

例：，

有一个50行的函数，你调用这个函数10000次一共只需要10050行代码，但是使用内联函数（inline）却需要500000万行代码，整整将代码量提高了五十倍

本来100MB的大小，硬生生让你弄到了10G，好了明天你就可以回家了，所以inline函数谨慎使用

7.2 特征

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、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：

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。注：内联函数没有call这个指令所以就不会有被调用函数的地址

我们来试一下声明和定义分开，inline（内联函数）还可以执行吗？

例：

它可以通过编译但是会在连接部分出问题

解决方法：将它的声明定义写在一起就可以了

测试结果：

8. auto关键字(C++11)

8.1 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，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，即：auto可以自动推导出右边表达式的类型

int main()
{
    int a = 0;
    int b = a;
    auto c = a; // 根据右边的表达式自动推导c的类型
    auto d = 1 + 1.11; // 根据右边的表达式自动推导d的类型
    return 0;
}

8.2 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&

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。

8.3 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)
{}

注：  auto可以作为返回值类型

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。

9. 基于范围的for循环(语法糖)(C++11)

9.1 范围for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：

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。

#include<iostream>

int main()
{
    int array[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
    
	// 适用于数组
	// 范围for 语法糖
	// 依次取数组中数据赋值给e
	// 自动迭代，自动判断结束
    // 给数组array使用别名可以改变数组元素的值，不加别名就只是单独的赋值给x而已
    for(auto& x : array)  
    {
        x *= 2;
    }
    
      for(auto x : array)
    {
        cout << x << endl;
    }
    
    return 0;
}

测试运行：

注：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。

而且范围for中的auto也可以换成别的类型，只是说使用auto与范围for更搭而已

例：

#include<iostream>

int main()
{
    int array[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
    
    for(int& x : array)  
    {
        x *= 2;
    }
    
      for(int x : array)
    {
        cout << x << endl;
    }
    
    return 0;
}

测试运行：

结果是一样的

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：以下代码就有问题，因为for的范围不确定

int testfor(int array[])
{
    for(auto x : array)
    {
        cout << X << endl;
    }
}

这种是不正确的，因为我们知道将数组名传参进函数，只是传的数组首地址，而不是整个数组地址，所以这样写的代码，array不知道明确范围，编译器会报错

2. 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)

10. 指针空值nullptr(C++11)

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

可以看到我们的NULL是0或者对0地址

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

例：

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;
}

测试运行：

我原本是想通过f(NULL)调用指针版本的f(int*)函数，但是由于NULL被定义成0，可以看前两个调用

大家是不是还有一个疑问为什么被调函数没有参数，是这样的，函数参数是由我们自己控制的，你要用参数时可以加参数，不想用不想加也不耽误程序运行

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。

所以C++为了解决这个问题，加入了nullptr

注：

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。

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