重生之我要学c++第二课

在上期内容，我们讲述了c++相比于C语言的更简易之处，本期就让我们继续学习相关的知识，了解c++宇宙

引用(起别名)

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。

举个例子，诸葛亮，字孔明，号卧龙先生，你可以叫他诸葛亮，这是他的本名，也可以叫他卧龙先生，这是他的别名。

话不多说上代码：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<iostream>
using namespace std;

int main()
{
	int a = 10;
	int& b = a;//<====定义引用类型
	cout << &b << endl;
	cout << &a << endl;
	return 0;
}

看第七行和第八行，我们定义了一个变量a，像第八行那样的操作，就是给a起一个别名，b同a指向的是同一块地址，我们可以验证一下：

运行截图：

可以发现a和b的地址是一样的，也就可以得到一个结论，b值的改变，会导致a的变化

注意：引用类型必须和引用实体是同种类型的

现在大家有一个疑问，这个起外号有啥用呢？可以告诉大家，在普通场景下，引用操作毫无意义，但是在以下的场景下，作用巨大：

1.输出型参数

我们以前写一个交换函数，是不是得用指针，因为形参的改变不影响实参，C语言阶段不需要传地址才能实现，而现在我们只需要简单的引用：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<iostream>
using namespace std;

void swap(int& ra, int& rb)
{
	int t = ra;
	ra = rb;
	rb = t;
	cout << ra << rb << endl;
}
int main()
{
	int a ,b;
	cin >> a >> b ;
	swap(a, b);
	
	return 0;
}

现在我们不需要复杂的指针引用，只需要把传进的参数换成别名，就可以直接对数值进行更改，因为别名和本身是指向同一个地址，二者相互影响。

引用特性

1. 引用在定义时必须初始化

也就是：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<iostream>
using namespace std;

int main()
{
	int a = 1;
	int& b;//错误，要进行初始话
	int& b = a;//正确，在定义的地方初始化
	cout << b << endl;
	return 0;
}

2. 一个变量可以有多个引用

这句话是什么意思呢，通俗的说就是可以给别名起别名，给外号起外号

上代码：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<iostream>
using namespace std;

int main()
{
	int a = 10;
	int& b = a;//b是a的别名
	int& c = b;//c是b的别名
	//打印看看他们的地址是否相同：
	cout << &a << &b << &c << endl;
	return 0;
}

仔细阅读代码会发现，我们定义了一个变量a，然后给a取了别名叫b，又给b取了个别名叫c，这样做是完全允许的。谁说人只能由=有一个外号？我不仅仅叫诸葛亮，也叫诸葛孔明，亦可以叫卧龙先生，这三者都是我。

那么改变c的数值会不会改变b呢，亦会不会改变c呢？让我们运行以下代码：

运行截图：

地址完全一样，这其中的意思相信大家都明白了，三者任意一个的改变，都会改变其他，就像是你问诸葛亮先生吃饭了吗？他回答吃了，那么孔明也吃了，卧龙先生也吃过了。哈哈哈哈是不是很形象。

3. 引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体

当一个变量名称为另一个变量的别名的时候，就不能在称为别的变量的别名：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
	int a = 10;
	int& b = a;//b是a的别名

	int x = 1;
	b = x;
	cout << b << endl;
	return 0;
}

大家阅读这段代码，b是a的别名，思考一下b=x这句话，是给b赋x的值还是起别名

答案是赋值

这就是 “引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体”的含义。（只能和一个人结婚）

引用复杂的使用场景

1.引用做返回值

大家来看一段这样的代码：

//传值返回
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<iostream>
using namespace std;
int count()
{
	int n = 0;
	n++;
	return n;
}
int main()
{
	int ret = count();
	cout << ret << endl;
	return 0;
}

大家思考一下，我们在调用函数之后，是不是把n返回到主函数之中

相信大家都知道肯定不是，因为这是传值返回，当函数调用结束后，n是不是就被销毁了，因为n是在函数中被定义的临时变量。

只要我们在这段代码稍加改动，就可以将其改成传引用返回

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<iostream>
using namespace std;
int& count()
{
	int n = 0;
	n++;
	return n;
}
int main()
{
	int ret = count();
	cout << ret << endl;
	return 0;
}

仔细区分这两段代码的区别，这段函数的返回值就是n的别名，也就是n的引用，大家想想，这个时候会发生什么事情，返回n的引用会引发什么问题？

前文我们提到，出了作用域，n就会被销毁，既然n已经销毁了，还要返回n的别名，是不是就成了类似于野指针的样子呀。

有些小伙伴会发出这样的疑问，空间都被销毁了，为了什么还能返回他的别名？

这是因为空间的销毁就像是退房一样，这个房间住着n这个人，现在这个房间n不用了，n退了这个房间，但是n还是存在的，而引用这个做法，就像是房间虽然退了，但是悄悄地把钥匙留下了。

这就造成了我们这段程序的结果不准确，有可能是1，也可能是随机值

只要我稍微一变招：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<iostream>
using namespace std;
int& count()
{
	int n = 0;
	n++;
	return n;
}
int main()
{
	int& ret = count();
	cout << ret << endl;
	cout << ret << endl;

	return 0;
}

打印的值就会变成这样：

第一次打印ret还是1，第二次就变成了随机值

这涉及到以后要学习的知识，先给大家卖个关子哈哈哈哈，大家记住这个小tip

再来看这样一段代码：

int& Add(int a, int b)
{
    int c = a + b;
    return c;
}
int main()
{
    int& ret = Add(1, 2);
    Add(3, 4);
    cout << "Add(1, 2) is :"<< ret <<endl;
    return 0;
}

大家觉得这段代码的返回值是3还是7，把自己的答案写在评论区

答案：

为什么会是7呢，这是栈帧有关的知识，给大家看一张图，C语言学的稳定的小伙伴应该是可以看得懂，当然C语言学的不好的同学可以看看博主曾经C语言的博客，希望能给大家带来帮助

注意： 如果函数返回时，出了函数作用域，如果返回对象还在(还没还给系统)，则可以使用

引用返回，如果已经还给系统了，则必须使用传值返回。

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

率是非常低下的，尤其是当参数或者返回值类型非常大时，效率就更低。

光说无用，我们来用代码验证一下

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<iostream>
#include <time.h>
using namespace std;
#include <time.h>
struct A { int a[10000]; };

A a;
// 值返回
A TestFunc1() { return a; }

// 引用返回
A& TestFunc2() { return a; }

void TestReturnByRefOrValue()
{
	// 以值作为函数的返回值类型
	size_t begin1 = clock();
	for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)
		TestFunc1();
	size_t end1 = clock();

	// 以引用作为函数的返回值类型
	size_t begin2 = clock();
	for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)
		TestFunc2();
	size_t end2 = clock();

	// 计算两个函数运算完成之后的时间
	cout << "TestFunc1 time:" << end1 - begin1 << endl;
	cout << "TestFunc2 time:" << end2 - begin2 << endl;
}
int main()
{
	TestReturnByRefOrValue();
	return 0;
}

这段代码里我分别调用了传值返回和传引用返回，并且计算它们的运行时间供大家比较：

可以看出传值返回比传引用返回慢了很多很多，这仅仅只是传个参的小路就差了这么多！！！

所以衍生出一个问题：

什么时候该用传值返回，什么时候该用传引用返回？

1.返回的参数是一个全局变量或者静态对象，就不需要考虑生命周期的事，所以就用引用返回正正好好，提高很多的效率

2.在堆上动态申请的用引用返回，提高效率

引用和指针的区别

在语法概念上引用就是一个别名，没有独立空间，和其引用实体共用同一块空间。（同一地址）

int main()
{
int a = 10;
int& ra = a;
cout<<"&a = "<<&a<<endl;
cout<<"&ra = "<<&ra<<endl;
return 0;
}

在底层实现上实际是有空间的，因为引用是按照指针方式来实现的。

int main()
{
int a = 10;
int& ra = a;
ra = 20;
int* pa = &a;
*pa = 20;
return 0;
}

（仔细观察代码，自己运行一下）

我们来看下引用和指针的汇编代码对比：

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

在某些角度上，引用和指针是一样的，引用使用的更方便

内联函数

内联函数也是c++来补C语言的一个坑。

宏在C语言的使用相信大家都很熟悉了

宏的优点：可以批量置换数值

宏最大的缺陷在于宏函数，现给大家看一段实现两数之和的宏函数

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

不会写宏函数的自觉去学习C语言，看博主以往的作品就够了。

宏的根本含义就是替换，把前边的表达式替换成后边的，在替换的过程中是很容易出错的，语法错误太多。我们写宏函数的目的就是替换一般函数，宏函数一句话的事，图个方便，但是宏太容易出错，方便又成了麻烦，并且宏还不能调试

1.容易出错，语法坑多

2.不能调试

3.没有类型安全的检查

优点：

1.没有类型的严格限制

2.针对频繁调用的小函数不需要建立栈帧，提高效率

c++祖师爷用了很久很不耐烦，所以祖师爷发明了 inline修饰

我们只需要在函数定义前加上inline

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<iostream>
#include <time.h>
using namespace std;
inline int Add(int x, int y)
{
	return x + y;
}
int main()
{
	Add(1, 2);
	return 0;
}

inline的作用就是和宏大差不差，但是没有宏的缺陷，宏函数没有调用的消耗，内联函数也没有，内联函数的特点是在release优化下把这个函数给展开，像编译器展开

博主通过汇编语言给大家看一下内联函数的展开

刚刚学到这块的时候，博主就在想，如果把所有的函数都搞成内联函数，那效率岂不是爽歪歪了，不知大家有没有这样的想法，哈哈哈哈这样的想法是很有想象力，现在博主也给大家解答一下这样是不可以的：

首先，我们是不可以把很大的函数建内联的，更不要说所有的函数，如果一个程序很长，变成内联会导致程序变大的，这叫做程序膨胀

内联的特性：

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。下图为

《C++prime》第五版关于inline的建议：

《内联说明只是像编译器发出一个请求，编译器可以选择忽略这个要求》

所以你的函数可不可以内联是编译器说的算

使用内联的小tip：

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。

auto关键字（c++11）

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

所以祖师爷创立的auto！

上代码：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<iostream>
#include <time.h>
using namespace std;
int main()
{
	int a = 0;
	int b = a;
	return 0;
}

我们先定义了一个a，一般我们要定义一个和a同类型的b的时候，是不是就要像代码那样操作，现在有了auto，我们完全可以换个方式：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<iostream>
#include <time.h>
using namespace std;
int main()
{
	int a = 0;
	auto b = a;
	return 0;
}

把b的类型定义为auto，且让b=a，auto就会推到出a的类型，进而影响b，当然大家要分清，这里的a=b不是数值的等于，而是针对于类型。

这种方法走在常规场景下毫无价值，但是随着学习的深入，我们的代码会越来越多，auto的重大作中就显露出来了：

以后我们会学习一个新的类型：

std::vertor<std::string>::iterator

这就是一个我们以后会学的类型名，很长吧，现在我们用它来定义一个变量it

std::vertor<std::string>::iterator it = v.begin();

光是定义一个类型变量代码就如此长，但是用上auto，效果就立马不一样：

auto it = v.begin();

直接缩短了一半的长度！！！

但是要【注意】：

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 };//错误

}

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。

基于范围的for循环(C++11)

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<iostream>
#include <time.h>
using namespace std;
int main()
{
	int arr[] = { 1,2,3,4,5 };

	for (int i = 0; i < sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); i++)
	{
		arr[i] *= 2;
	}
	return 0;
}

以前我们对这个数组进行访问，要先求数组的大小，在进行for循环逐个遍历，现在我们来学用范围for访问数组

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<iostream>
#include <time.h>
using namespace std;
int main()
{
	int arr[] = { 1,2,3,4,5 };

	for(auto e :arr)
	{
		cout << 2*e << " ";
	}
	return 0;
}

现在我们来访问数组，就可以用这个范围for，这是一个固定的框架，大家把他记下来，就像当初学习for循环的时候那样，会用就行！

指针空值nullptr(C++11)

c++11补了一个c+98的大坑：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<iostream>
#include <time.h>
using namespace std;
void f(int)
{
	cout << " f(int)" << endl;
}
void f(int*)
{
	cout << " f(int*)" << endl;
}
int main()
{
	f(0);
	f(NULL);
	return 0;
}

大家看这段代码，根据我们前边的学习，不难分辨这两个函数构成了函数重载，他们的类型不一样，按理说第一次传参传的是数字0，应该调用第一个函数，第二次传参应该调用第二个函数，因为传的是指针，但是实际却很坑：