c++入门（下）

news2024/11/13 11:46:07

C++入门（下）

对于C++的基础语法的讲解，由想要实现多次重复的函数，引出宏函数和inline的内联函数的对比，对于inline的讲解和运用，在后，C语言中的NULL和C++中独特的nullptr的相比两者的比较，最重要的是对于引用的讲解和使用，以及和指针相比的区别。还有auto关键字的使用

文章目录

  • C++入门（下）
    • 宏函数
    • inline（内联函数）
    • NULL和nullptr
    • 引用
      • 引用和指针的不同点
    • auto关键字

宏函数

重复的调用同一个函数的时候，我们每创建一个函数，就会建立一个栈帧，这样对于空间来讲不友好，C语言中有宏函数这样的函数，来解决这一问题，下面是宏函数的特点与样例

优点：不需要建立栈帧，提高调用效率

缺点：复杂、容易出错，可读性差，不能调试

//宏函数实际上就是直接替换，宏函数书是不需要建立栈帧的，也就是可以直接展开的，所以宏函数的代码比较短，也相对复杂
/
#define Add(int x,int y) ((x)+(y))  //仅仅是x+y就需要这样书写，相对下面Add代码比较复杂
int Add(int x,int y){
    return x+y;//宏函数本身就是为了节约空间才选择的宏函数
}
int main()
{
    for(int i=0;i<100000;i++){
        Add(i,i+1);//重复多次调用同一函数，我们就直接定义了宏函数来解决
    }
    return 0;
}
//但是由于不能调试，等等缺点，我们C++中出现了内联函数 inline关键字

inline（内联函数）

inline（内联函数），顾名思义，这一个关键字，可以在使用函数的时候，不用创建栈帧，有着宏函数的优点，也补足了宏函数的缺点，可以调试，简单，不复杂，可读性强

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。

inline int Add(int x,int y){
    return x+y;
}
//inline的使用，只需要在Add函数之前加上关键字inline即可使得Add函数为内敛函数

inline看起来都是优点，都是好处，但对于接下来的代码进行分析， 你就明白inline的缺点了，或者是适用的地方

//加入说，我们在main函数中或者是一个程序中有10000个地方需要使用Add函数  Add函数的编译后得到的汇编代码比如是50行，那么对于下面函数分析，只看Add函数这一部分，在整个程序中所需的汇编代码有多少行
//内联函数inline
inline int Add(int x,int y){
    return x+y;
}
//如果是内联函数，由于我们不建立栈帧，也就是说，直接展开的方式使用Add函数，所以总汇编代码行数应该为：10000*50行

//使用正常的函数    
int Add(int x,int y){
    return x+y;
}
//在汇编代码中会调用这个函数 call  Add.... 这样的话汇编代码行数为  10000+50

所以在这个上面我们就发现了，inline，使得汇编代码变大，也就是导致最后可执行程序变大，所以inline并不是说适用于所有情况

inline内联函数适用情况

  • 适用于短小且频繁调用的函数

inline函数也并不是说，在函数头加上inline ，就一定会被编译器认定为内联函数

inline函数否决条件

  • 比较长的函数
  • 递归函数

结论：如果inline定义的函数，编译器会自行判定是否需要适用内敛函数，当函数体代码比较多，行数比较多的时候，编译器会默认为不能使用内敛函数，这也是为了使得最后生成的可执行程序大小没有那么夸张。

在默认为Debug版本下，inline不会起作用，为了方便调试

inline int Add(int x,int y){
    cout<<"111111"<<endl;
    cout<<"111111"<<endl;
    cout<<"111111"<<endl;
    cout<<"111111"<<endl;
    cout<<"111111"<<endl;
    cout<<"111111"<<endl;
    cout<<"111111"<<endl;
    cout<<"111111"<<endl;
    return x+y;//这种情况就不会判定为inline内联函数
}

总结：

  1. inline是以空间换时间的做法，如果编译器将函数当成内敛函数，那就会在编译阶段，将函数体替换函数调用，缺点：可能会使得可执行文件变大（详情在上文），优点：减少调用开销，减少栈帧的创建，提高程序效率。
  2. inline只是一个对编译器的一个建议，向编译器发送一个请求，编译器可选择忽略这个请求
  • 函数较长
  • 递归函数
  1. inline适用的场景
  • 函数规模较小（至于多小，取决于编译器的规定，不同编译器规定不一样）
  • 频繁调用
  1. inline不建议声明和定义分离，放在两个文件的话，inline只是展开声明函数，就没有函数地址，所以找不到定义函数，链接就找不到这个函数

面试题：

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 inline

NULL和nullptr

NULL和nullptr是表示不一样的意思，下面一个小程序就可以验证

NULL是宏定义 是0 或者是(void*)0,而nullptr是空地址（指针）

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

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-o7ca3v7L-1682251314257)(C:/Users/红颜/AppData/Roaming/Typora/typora-user-images/image-20230421105700926.png)]

引用

&在C语言中为取地址符，只有取地址的意思，在C++中不但有取地址的意思，也有另一个重要的含义：引用

引用的概念就是，一人多名，我可以叫你小王，也可以是why，这两个称呼的方式都是指的你，在程序中，表达的意思就是，我对你这个变量进行引用，得到一个称呼，这两个称呼都是指向你这个变量，类似指针，但是比指针更加方便理解

类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体;

//类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体； 这是引用的适用格式
int main()
{
    int a = 10;
    int& b = a;//给a一个引用，称为b，也就是说，ab都是指向同一个空间，数值为10，
    cout<<b<<" "<<a<<endl;//10 10
    b++;//引用类似于指针，当b数值变的时候，会直接影响到a
    cout<<b<<" "<<a<<endl;// 11 11
    return 0;
}

引用类型，需要和引用实体是同种类型，如：上述代码，即都需要int类型

在这里插入图片描述

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
int main()
{
	int a = 10;
	int& b = a;
	int& c = a;
	int d = 20;
	c = d;//再次引用的时候，实际上不是引用，只是将d的数值赋值给c，进而改变了abc的数值都为d：20 
    //所以C还是a从别名
	cout << a << " " << b << " " << c << endl;
	return 0;
}

在这里插入图片描述

引用做返回值

当引用做返回值来接收的时候，我们对于这个情况做分析

int add(){
    static int n=0;
    n++;
    return n;
}
int main()
{
    int ac=add();//这样ac数值为1
    return 0;
}

在这里插入图片描述

如果不是static变量的话，会如何呢？

int add(){
    int n=0;
    n++;
    return n;
}
int main()
{
    int ac=add();//这样ac数值为1
    return 0;
}

在这里插入图片描述

传引用作为返回值

在函数类型的后面加上&，引用操作符，然后进行分析程序结果

int& add() {
	static int n = 0;//静态变量，存放在静态区，所以最后传出来的是静态区的n
	n++;
	return n;//所以返回的数值为1  返回给main函数的ans变量，过程为：用n的别名给了ans
}
int main()
{
	//rand();
	int ans = add();
	cout << ans << endl;//输出结果为1
	return 0;
}
//接下来对比一下没有static的临时变量

int& add() {
	int n = 0;
	n++;
	return n;
}//那么就是  ans得到的也是n的空间，当栈帧没有被破坏的时候输出的是1（正确）如果栈帧被破坏，就输出随机值
int main()
{
	//rand();
	int ans = add();//返回的也是n的别名，但是n的变量所在空间已经摧毁，所以n可以为1，或者为随机值
	cout << ans << endl;//输出的结果可能为1（栈帧没有被破坏），或者是随机值
	return 0;
}

当传引用且用int&来接受时

直接看代码，进行讲解，

int& add(int x) {
	int n = x;
	n++;
	return n;
}//那么就是  ans得到的也是n的空间，当栈帧没有被破坏的时候输出的是1（正确）如果栈帧被破坏，就输出随机值
int main()
{
	//rand();
	int& ans = add(10);
	cout << ans << endl;

	add(20);
	cout << ans << endl;
	return 0;
}

在这里插入图片描述

让我们再来测一测，是不是传引用，再用引用类型接收，两个变量代表两个相同的地址

int& add(int x) {
	int n = x;
	n++;
	cout << &n << endl;
	return n;
}//那么就是  ans得到的也是n的空间，当栈帧没有被破坏的时候输出的是1（正确）如果栈帧被破坏，就输出随机值
int main()
{
	//rand();
	int& ans = add(10);
	cout << &ans << endl;

	add(20);
	cout << &ans << endl;
	return 0;
}

在这里插入图片描述

可以用引用的地方：

  • 引用做参数（输出型参数）（减少拷贝，提高效率）
  • 引用做返回值（减少拷贝，提高效率）可以修改返回值（下面总结有相关代码）+获取返回值

权限可以缩小or平移，但是不能放大

我们知道的是int a的权限大于const a的权限，总结一点为引用过程中，权限可以平移或者进行缩小，但是不能进行放大,临时变量具有常性。

//正确用法
int main()
{
    int x=0;
    int& y=x;
    const int& z=y;//可以const 放小权限  这个是正确的用法
	//如果说我们改变y或者x的数值，z会不会随之变化呢？
    //如图1所示：
    y++;
    return 0;
}

//正确用例 (权限问题)
int main()
{
    double a=10.1;
    int b=a;
    const int& c=a;//输出结果为10.1 10 10 这是权限的缩小
    return 0;
}
//错误用例
int func()
{
	static int x = 0;
	return x;
}
int main()
{
	int& r = func();//初始化int不能赋值给int&类型（报错），实际上就是权限被放大，因为返回的是临时变量，临时变量返回是一个常量，所以应该是用const来接收
    //应该修正为
    const int& r=func();
	return 0;
}

图1 表明y改变时，在也会变化
在这里插入图片描述

在语法上，我们知道引用是不开空间的，使用指针是需要开空间的，但实际上在汇编底层指令实现的角度来讲，引用是类似于指针的方式来实现的，也就是说，引用语法上是不需要开空间的，但是实际上底层是会开空间

引用和指针的不同点

  1. 引用的概念的得到一个变量的别名，指针存储一个变量的地址
  2. 引用在定义时必须实现初始化，即不能出现int& a; 指针是没有这个要求的
  3. 引用初始化得到一个变量的别名后，在逻辑上不能再次引用其他变量，再次引用的时候，实际上是赋值，即将这个变量的数值赋值给这个引用变量。指针是可以随意指向任意变量的
  4. 没有NULL引用，但是又NULL指针
  5. 在sizeof关键字中的含义不同，引用sizeof得到的是引用类型的字节大小，指针sizeof大小是根据编译器决定的，如果是x86 32位那就是4字节，如果是64位就是字节
  6. 存在多级指针，但是没有多级引用
  7. 引用的自加将引用的实体加一，指针自加是将指针向后偏移一个类型的大小
  8. 访问变量的方式不同，指针是需要显示解引用，引用是编译器自己处理
  9. 引用比指针使用起来更加安全，没有NULL指针的现象

总结

  1. 基本上任何场景都可以使用引用传参

  2. 但是要谨慎使用引用传参，处理函数作用域的时候，对象如果不存在了，就不能用引用返回，还在就可以用引用返回。因为如果是临时变量作为引用返回值，可能会存在返回随机值的风险。

  3. 比如static修饰的变量作为引用返回可以，但是如果是普通的临时变量，不能这样返回，语法上可以，但是不建议这样使用。

//错误样例：
int& add(int x)
{
    int n=x;	//这是一个临时变量n，返回的时，可能会出现随机值这样的情况
    n++;
    return n;
}
//正确样例：
int& add(int x)
{
    static int n=x;	//这是一个静态变量n，返回时，是从静态区中进行引用返回
    n++;
    return n;
}
  1. 引用作为返回值，可以被赋值
int& add(int x) {
	static int n = x;
	return n;
}
int main() {
				
	int& ans = add(10);//ans得到的是n的别名，ans也是引用，我们紧接着调用add函数add(20)，然后进行将50赋值给这个函数。
	add(20) = 50;
//为什么可以赋值？
    //实际上，add函数是引用传参返回，这样我们当然可以将数值再次赋值给这个函数
	cout << ans << endl;//ans的地址和add引用传参返回地址相同，输出数值为50
	return 0;
}

auto关键字

auto关键字的作用是，自动识别所需要的类型，也可以被用作增强for

#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
int main()
{
	int a = 10;
	auto c = a;
	//auto可以用作增强for循环使用，类似于Java中的Object
	//c++ 中的可以识别变量类型的关键字
	//typeid().name();
	int arr[] = { 1,241,54,152,12,12,1 };
	vector <int >v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	v.push_back(5);
	for (auto i : arr) {
	cout << i << endl;
	}
	auto d = &a;
	cout << typeid(c).name() << endl;
	cout << typeid(d).name() << endl;
	return 0;
}

在这里插入图片描述

vector是STL里面的内容，现阶段不用管这个，这个地方只是展示一下auto增强for的用法，另外typeid(变量名).name()的用法，可以得到变量名的对应的类型

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