C++入门知识（下）

news2024/11/15 17:25:39

目录

一、内联函数

1.1内联函数的概念

1.2内联函数的使用

 1.3内联函数的特性

1.4宏的优缺点

1.5C++中可替代宏的技术

二、auto关键字

2.1什么是auto关键字

2.2auto简介

2.3auto的使用细则

2.4auto不能推导的场景

三、基于范围的for循环（C++11）

3.1范围for的基本语法

3.2范围for的使用条件

四、指针空值nullptr（C++11）

4.1.C++98中的指针空值

4.2注意事项

一、内联函数

1.1内联函数的概念

内联函数是在C++中增加的一个功能，可以提高程序执行效率。如果函数是内联的，编译器在编译时，会把内联函数在函数调用处展开，这样就不会有函数栈帧建立的额外开销，提高了代码运行的效率。

内联函数可以和宏函数作类比，但宏函数不会进行类型的检查。

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

宏定义的Add函数，需要我们注意的是

①在x，y前面加类型了吗？

②x，y都加括号了吗？

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

int main()
{
	int x = 1;
	int ret = Add(x | 10, x & 11);
	cout << ret << endl;
	return 0;
}

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可以发现计算的结果和预期的结果不符，为什么会这样呢？因为宏函数是直接在调用处将Add(x,y)

换成了（x+y）——>（1|10+1&11），+的优先级高于|和&，所以最后就变成了（1|11&11）

因此结果与预期结果不符

下面的是加了括号的

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

int main()
{
	int x = 1;
	int ret = Add(x | 10, x & 11);
	cout << ret << endl;
	return 0;
}

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③整体都加括号了吗？

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

int main()
{
	int x = 1,y = 2;
	int ret = Add(x+y, x +y)*10;
	cout << ret << endl;
	return 0;
}

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 可以发现整体没加括号的结果与预期结果不符

下面为加了括号的

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

int main()
{
	int x = 1,y = 2;
	int ret = Add(x+y, x +y)*10;
	cout << ret << endl;
	return 0;
}

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结果与 预期结果相符

根据上面的宏函数可以发现一个简单的函数需要我们注意非常多的地方，一稍有不慎就会有bug，显然这不是我们想要的结果，同时宏还不支持调试，所以C++的大佬发现了该问题，于是就引出了内联函数。

1.2内联函数的使用

只需要在函数的最前面加一个关键字inline就欧克了，如：

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

上述函数使用inline，编译器会在编译时将函数体替换掉函数的调用，这样可以避免不必要的函数栈帧的创建所花费的时间

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 通过上图可以发现函数并没有展开，这是因为此时我们在debug模式下，debug模式下为了方便我们的调试所以默认不展开，而如果在Release模式下，该函数会展开

在Debug模式下观察内联函数展开的方法

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 现在就可以观察内联函数了在函数调用处展开了

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 1.3内联函数的特性

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、且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
注：inline对于编译器而言只是一个建议，最终是不是内联函数由编译器决定

1.4宏的优缺点

（1）优点

①提高代码复用性

②提高性能

（2）缺点

①不方便调试（因为预处理阶段进行了替换）

②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

1.5C++中可替代宏的技术

1.常量定义，换用const enum

2.短小函数定义，换用内联函数

二、auto关键字

2.1什么是auto关键字

auto关键字含义：类型别名的思考

随着程序越来越复杂，程序中用到的类型也越来越复杂，体现在：

①类型难以拼写

②类型含义不明确，容易导致出错

如下：

#include<iostream>
#include<string>
#include<vector>
int main()
{
	std::vector < std::string > str;
	std::vector < std::string > ::iterator it = str.begin();
	return 0;
}

std::vector < std::string > ::iterator是一个类型，看到这可能就会想到使用typedef不就好了

#include<iostream>
#include<string>
#include<vector>
typedef std::vector < std::string > ::iterator Vi;
int main()
{
	std::vector < std::string > str;
	Vi it = str.begin();
	return 0;
}

虽然这样也能实现，代码的简化，但是当频繁地使用了typedef时，可能就会忘了我们自己typedef出来的类型

所以此时我们就可以用auto直接推导it的类型，这样方便观看和书写，不易犯错

#include<iostream>
#include<string>
#include<vector>
int main()
{
	std::vector < std::string > str;
	auto it = str.begin();
	return 0;
}

2.2auto简介

①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？

因为编译器默认定义在函数内的为局部变量，定义在函数外的为全局变量，一般不需要写
所以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。
 

#include<iostream>
using namespace std;
int Add(int x, int y)
{
	return 1 + 2;
}
int main()
{
	int a = 10;
	auto b = a;
	auto c = 'a';
	auto d = 1.000;
	auto a1 = Add(1,2);
	cout << typeid(b).name() << endl;
	cout << typeid(c).name() << endl;
	cout << typeid(d).name() << endl;
	cout << typeid(a1).name() << endl;
	return 0;
}

typeid（).name()用来推导变量类型，结果如下：

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② 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。

int main()
{
	auto a;//会报错，因为没有推导的类型
	return 0;
}

2.3auto的使用细则

1.auto和指针，引用结合起来使用

①与指针结合使用

#include<iostream>
using namespace std;

int main()
{  
	int a = 20;
	auto pa=&a;
	auto* pa1 = &a;
	cout << pa << ' ' << pa1 << endl;
	return 0;
}

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此时可以发现auto和auto*没有任何区别

②auto和引用结合使用

#include<iostream>
using namespace std;

int main()
{  
	int a = 20;
	auto a1 = a;//表示推导类型为int，不是引用
	auto& a2 = a;//表示推导类型为int&，是引用
	a1 += 1;
	cout << a << endl;
	a2 += 1;
	cout << a << endl;
	return 0;
}

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 可以发现，如果不加引用的话那么就是单纯的推导赋值，而加&符号，就是引用，所以要引用的话不能将&去掉

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。

#include<iostream>
using namespace std;

int main()
{  
	auto a = 1, b = 2;
	auto c = 'a', d = &a;//该行会报错，因为类型不同
	return 0;
}

2.4auto不能推导的场景

1.auto不能用来作为函数的参数

int Add(auto x,auto,y)
{
	return x + y;
}

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2.auto不能用来推到数组

int main()
{  
	int a[] = { 1,3,4,5 };
	auto arr[] = { 1,2,3,4,5 };
	return 0;
}

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注： 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C++11提供的新式for循环，还有lambda表达式等进行配合使用。


三、基于范围的for循环（C++11）

3.1范围for的基本语法

在C++98中如果要遍历一个数组可以使用传统写法

#include<iostream>
using namespace std;

int main()
{  
	int a[] = { 1,2,3,4,5 };
	for (int i = 0; i < sizeof(a) / sizeof(int); ++i)
		cout << a[i] << ' ';
	cout << endl;
	return 0;
}

对于有范围的集合而言，由程序员来说明循环的范围是多余的，有的时候还容易犯错。因此C++11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，第二部分表示被迭代的范围

#include<iostream>
using namespace std;

int main()
{  
	int a[] = { 1,2,3,4,5 };
	for (auto i : a)
		cout << i << ' ';
	cout << endl;
	return 0;
}

注：与普通循环类似，可以用continue来跳过本次循环，和break来结束整个循环

3.2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，就是第一个数组的元素和最后一个数组的元素的范围，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

#include<iostream>
using namespace std;

void print(int *a)
{
	for (auto i : a)
		cout << i << ' ';
	cout << endl;
}
int main()
{  
	int a[] = {1,2,3,4,5};
	print(a);
	return 0;
}

以上代码就是错误的，因为for的范围是不明确的

2.迭代器对象要实现++和--的操作（后续会更新迭代器的相关内容）

四、指针空值nullptr（C++11）

4.1.C++98中的指针空值

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：
 

#include<iostream>
using namespace std;

int main()
{  
	int* p = NULL;
	int* pa = 0;
	return 0;
}

NULL其实是一个宏，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，也有可能被定义为无类型指针（void*）的常量，无论采用何种定义，在采用空值的指针时，都不可避免的遇到一些麻烦，如：

#include<iostream>
using namespace std;


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;
}

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 可以发现第二次调用本意是为了调用f（int*）函数，但是NULL被定义为0，此时调用了第一个函数f（int），因此与程序的初衷相悖。

4.2注意事项

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：

1.在使用nullptr表示指针空值时，不用包含头文件，因为nullptr是C++11作为关键字引入的。

2.在C++中sizeof(nullptr)与sizeof（（void*）0）所占字节数相同

3.为了提高代码的健壮性，后续写代码表示指针空值时建议使用nullptr

分享就到这里了，感谢大家的支持，有错的地方还请指出，886！

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