【C++初阶】：C++入门相关知识(3)：引用 inline内联函数 nullptr相关概念

主页传送门:良木生香个人专栏:《C语言》 《数据结构-初阶》 《程序设计》《鼠鼠的C学习之路》人为善,福随未至,祸已远行;人为恶,祸虽未至,福已远离前言在上一篇文章中我们学习了C的输入输出缺省参数以及函数重载这些都是C入门必备的基础知识那么在这篇文章中我们就要来学习剩下C其他的基础知识那就是引用、inline、以及nullptr这些知识。一、引用1.1、引用的概念和定义引用不是定义一个新变量而是给已经存在的变量起一个别名那么编译器就不会为别名重新开辟空间它和引用变量共同使用同一块空间。就好比我们把土豆称为马铃薯番茄称为西红柿一样都是取了一个新的别名但是东西是同一个东西所以引用的语法如下类型 别名 变量使用方法如下int a 10; int num a;这样一来num就是a的新名字同时num的值也和a一样是10。在这里呢C为了避免引用太多的符号就会复用C语言中的一些符号在引用中的含义是给变量起别名而不是C语言中的取地址1.2、引用的三个特性1.2.1、引用在定义时必须初始化在使用引用的时候一定要先有被引用对象不能在没有被引用对象的情况下使用引用#includeiostream using namespace std; int main() { int a 10; int num a;//这是正确的因为已经有了被饮用对象a int num;//这是错的因为没有使用被引用对象 return 0; }说人话就是不初始化就相当于“有人有一个外号叫小明”但是我们不知道是谁的外号叫小明如果初始化了那就相当于“张三的外号叫小明”这样一来我们就知道小明是张三的外号。1.2.2、一个变量可以有多个引用一个变量可以有一个两个三个别名#includeiostream using namespace std; int main() { int a 10; int num1 a; int word a; int word2 word; cout a endl; cout num1 endl; cout word endl; cout word2 endl; return 0; }在这段代码中num1,word1,word2都是变量a的别名也就是变量a有多个“外号”。运行结果如下从运行结果就可以看出来一个变量确实是可以有多个别名的因为他们的地址都一样。1.2.3、引用只能引用一个实体当一个变量被引用而产生了一个新的别名那么这个别名就只能用在这个变量身上不能再去引用其他变量#includeiostream using namespace std; int main() { int b 10; int a 20; int num1 b; int num1 a;//在这里就会报错 return 0; }当我们运行这段代码就会出现下面这种错误报告这就是告诉我们num1引用了不止一个变量。用人话来说就是张三有个外号叫小明但是李四的外号也叫小明这就会让朋友们造成困惑小明到底指的是谁这就是错误的所以一个外号只能对应一个人。但一个人可以有多个外号。小总结引用必须在定义时就绑定到某个变量不能 “先定义后绑定”。一个变量可以有多个引用多个别名但一个引用只能绑定到一个变量且绑定后不能再指向其他变量。1.3、引用的使用引用的作用主要是用在函数传参和传返回值。C语言的函数传参方式是通过拷贝实参传入形参当数据量非常大的时候会让函数栈帧的压力非常大导致效率降低尤其是在传入指针的时候极易出现空指针、野指针的相关问题安全性差为了解决这个问题祖师爷就让引用来解决这类问题。场景1为了更好的了解引用在实际编程中的作用我们从一个简单的函数入手#includeiostream using namespace std; void Swap(int* x, int* y) { int temp *x; *x *y; *y temp; } int main() { int a 10; int b 20; cout a b endl; Swap(a, b); cout a b endl; }这是一个非常简单的交换函数程序在运行的时候要先拷贝一份实参在传入形参然后再通过指针对形参进行解引用才能完成交换这个动作这样一来会降低编写的速度和程序运行的效率但如果使用引用呢请看VCR:#includeiostream using namespace std; void Swap(int x, int y) { int temp x; x y; y temp; } int main() { int a 10; int b 20; cout a b endl; Swap(a, b); cout a b endl; return 0; }如果使用引用那么在传参时就可以理解为int x,int y分别是main函数中a,b的别名就相当于直接对a和b进行交换传了别名进去就相当于传了我进去。在语法上就更加好理解编写代码起来也就更加顺畅。交换函数只是引用传参中的一个缩影有没有更加高阶一点的用法呢有的兄弟有的。场景2思绪回到我们学习数据结构的时候在单链表单项不带头结点不循环链表中我们是没有头节点的就需要不断地使用二级指针将头节点的地址传进去#includestdio.h #includestdlib.h typedef struct ListNode { struct ListNode* next; int val; }ListNode; void Push_elem_front(ListNode** ppheadNode, int elem) { //... } void Printf_elem(ListNode* pheadNode) { //... } int main(){ ListNode* phead nullptr; //... return 0; }因为本质上是对头节点进行改变但是有没有哨兵位想要对链表进行操作只能是对头节点进行操作也就是修改头节点指向的地址想要修改头节点指向的地址只能通过头节点地址的地址也就是二级指针进行操作这样一来会让人理解混乱不容易编写代码但是如果我们使用引用呢请看VCR:#includeiostream using namespace std; typedef struct ListNode { struct ListNode* next; int val; }ListNode; void Push_elem_front(ListNode* head_of_List, int elem) { //... } void Printf(ListNode* phead, int elem) { //... } int main() { ListNode* phead nullptr; //... return 0; }在这段实例里面尤其是在Push_elem_front()函数中就是给phead起了个别名叫做head_of_list这样一来就相当于直接将phead的地址直接传入函数中就不用二级指针进行接收了更加方便理解。但是呢这时候就有同学问了为什么学校发的书写的是这样的#includeiostream #includestdlib.h using namespace std; typedef struct ListNode { struct ListNode* next; int val; }ListNode,*pListNode; void Push_elem_front(pListNode phead, int elem) { //... } void Print_List(pListNode phead) { //... } int main() { pListNode phead nullptr; //... return 0; }为什么课本中只用了一个引用而已呢为什么之前我们自己写的时候用的是二级指针一级指针课本中却是一个都没用呢原因就在这里typedef struct ListNode{ struct ListNode* next; int val; }ListNode,*pListNode;这段代码本来应该是这样的typedef struct ListNode ListNode; typedef struct ListNode* pListNode;将链表节点的地址重命名为pListNode这样一来在函数参数中就可以直接对pListNode继续宁引用pListNode phead,等价于ListNode* phead;上面的两个场景就是引用在函数传参的经典使用场景那么下面我们来讲讲引用在返回值上的使用场景3依旧是链表为例。我们在链表中总是要用到查找吧就是通过指针遍历一次链表看看哪个节点的值是符合要求的就返回这个节点的值我们之前是这么写的#includeiostream #includestdlib.h using namespace std; typedef struct ListNode { struct ListNode* next; int val; }ListNode; int getNodeVal(ListNode* phead, int pos) { ListNode* pcur phead; int count 1; while (count ! pos pcur!NULL) { pcur pcur-next; count; } //... return pcur-val; } int main() { ListNode* phead nullptr; int pos 2; int num_of_pos getNodeVal(phead, pos); cout num_of_pos endl; return 0; }函数中返回的是pos节点的值但是想要修改这个节点的值我就需要将该节点的值的地址返回通过解引用值的地址才能实现值的修改但如果是引用的话查找和修改简直是一举两得请看VCR:int getNodeVal(ListNode* phead, int pos) { ListNode* pcur phead; int count 1; while (count ! pos pcur!NULL) { pcur pcur-next; count; } //... return pcur-val; } int main() { ListNode* phead nullptr; int pos 2; int num_of_pos getNodeVal(phead, pos); cout 修改之前 num_of_pos endl; getNodeVal(phead, pos) 200; num_of_pos getNodeVal(phead, pos); cout 修改之后 num_of_pos endl; return 0; }那么在这段代码中返回的就是节点的值的别名可以直接通过别名对节点的值直接进行修改但是有同学又要问了为什么是getNodeVal(phead,pos) 200就能实现值的修改呢因为这段代码的本质是这样的int getNodeVal(phead,pos) pcur-val; getNodeVal(phead,pos) 200;如果是这样我就理解了但为什么函数结束之后还能通过引用找到这个节点的值呢以为啊节点是结构体结构体是存在内存中的堆区这样的话就算函数结束了这个节点的地址依旧可以被找到那么上面三个场景就是引用在代码中实际应用中的表现了这就解决了指针在这方面不够灵活的缺点。但是下面就有两个问题了问题1引用可以代替指针吗答案是不能。因为引用虽然能带来指针带不来的快捷但是在需要用到修改指向问题的时候只有指针能用引用无法修改指向像链表的插入呀树节点位置定义等等场景都是要用到指针的问题2可以返回临时变量的引用吗答案是不能像下面的例子#includeistream using namespace std; int Func() { int temp 10; return temp; } int main() { int ret Func(); return 0; }这段代码运行起来会有这样一个报错也就是说我们返回了一个临时变量的别名这时不被允许的为社么因为当主函数要调用Func()函数的时候系统会为Func()函数开辟空间同时也为temp变量开辟空间当函数执行完后系统会回收函数的这部分空间从物理上来说temp变量在使用的时候是有位置的但是系统回收空间后原本是temp变量的位置现在temp已经不在了但是那块地还在算是人去楼空的状态了这时候主函数在通过别名返回去找temp就不一定找的到了所以会报这么一个错误。1.4、const引用作用1防止变量被修改当我们在编写大程序的时候希望我们的变量不要被修改就可以用const引用int a 10; const int num a; //num 100 ,这时错误的别名不能被修改这时就有同学要问了const int 和cost int 有什么区别请看下面代码就明白了#includeiostream using namespace std; int main() { int a 10; //const int: const int val a; a 20; cout after a change: val endl;//此时val是不会受到a的影响只会一直保持最开始的值 const int num a; a 20; cout after a change: num endl;//此时num会跟着a的改变而改变因为num是a的别名与a融为一体了 //val 10 //num 10这些都是错误的因为被const修饰的值不能被修改!!! return 0; }还有就是如果原本的变量是const int呢那引用就只能用const int,#includeiostream using namespace std; int main(){ int a 10; const int val a;//这是对的 int val2 a;//这也是对的 const int b 10; const int val1 b;//这也是对的 //int val3 b; 这是错的人家原本的变量都不能被修改你这个别名怎么敢称为可修改值的 return 0; }作用2效率优化同样是在编写大程序的时候如果函数中要传参的对象非常大像结构体数组这种传统的拷贝传值是非常消耗内存的严重的甚至会导致程序崩溃但如果这时候用上const引用问题就就迎刃而解了//C语言传大的结构体要拷贝100份假设开销极大 typedef struct { int arr[1000]; } BigStruct; void read(BigStruct s) {} //C只用传别名即可 void read(const BigStruct s) {}作用3隐式类型转换灵活兼容特性我们经常会将浮点数转换为整数一般情况下我们是这么写的#includeiostream using namespace std; int main(){ double a 3.14; //中间其实还有 int temp (int)a这一步的 const int b a; coutaendl;//输出3.14不变 coutbendl;//输出3 return 0; }那么以上就是const引用的内容了1.5、引用和指针的关系C中指针和引⽤就像两个性格迥异的亲兄弟指针是哥哥引⽤是弟弟在实践中他们相辅相成功 能有重叠性但是各有⾃⼰的特点互相不可替代。•语法概念上引⽤是⼀个变量的取别名不开空间指针是存储⼀个变量地址要开空间。•引⽤在定义时必须初始化指针建议初始化但是语法上不是必须的。•引⽤在初始化时引⽤⼀个对象后就不能再引⽤其他对象⽽指针可以在不断地改变指向对象。•引⽤可以直接访问指向对象指针需要解引⽤才是访问指向对象。•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位平下 占4个字节64位下是8byte)•指针很容易出现空指针和野指针的问题引⽤很少出现引⽤使⽤起来相对更安全⼀些。二、inline内联函数被inline修饰的函数叫做内联函数编译时C编译器会再调用的地方直接展开内联函数并不会额外给函数建立栈帧由此就提高了程序的编译效率。像这样#includeiostream using namespace std; inline int add(int a, int b) { return a b; } int main() { int a 1, b 2; cout add(a,b) endl; return 0; }在调用反汇编的时候就能看到系统是直接将add的结果放到寄存器上面的减少了add函数额外创建栈帧的开销但如果没有inline修饰函数将会是这样的会使用call指令跳转到add函数的位置然后为add函数重新建立栈帧这就会降低程序运行的效率但是呢inline内联函数对于编译器只是一个建议的作用就是建议编译器将这个函数看成内联函数但是要不要将其看成内联函数就取决编译器了如果这段代码使用递归等会消耗性能的时候编译器也会将其看成普通的函数进行处理。那么inline内联函数解决的是C语言的哪些问题呢是宏。C语言实现宏函数也会在预处理时将其展开但是一旦函数复杂那就很容易出错且宏不容易调试所以inline就是为了解决C语言宏的问题。在一些代码量少但是被频繁使用的函数中使用inline就能大幅减少时间。假设我现在有10000行带代码和一个20行的函数要调用100次这段代码使用内联函数就只用10020行如果不使用inline函数那就要用1000020*100 12000行代码编译性能差距还是非常大的。小贴士inline不建议声明和定义分离到两个⽂件分离会导致链接错误。因为inline被展开就没有函数地 址链接时会出现报错。三、nullptr我们之前看见的NULL其实是一个宏在C语言和C环境下是由不同含义的#ifndef NULL//如果NULl还没有被定义那就按照下面的方法对其进行定义 #ifdef __cplusplus//如果是C环境 #define NULL 0//那就将NULL定义成0 #else//如果是C语言环境 #define NULL ((void *)0)//那就定义成void*0相当于空指针 #endif #endif由于NULL在不同环境下被定义成不同的意思所以为了方面编写祖师爷就发明了nullptr这一个关键字用来将所有指针类型初始化成空指针这样就不会因为意思的不同而导致程序出错#includeiostream using namespace std; void f(int x) { cout f(int x) endl; } void f(int* x) { cout f(int* x) endl; } int main() { f(0); f(nullptr); f(NULL); return 0; }我们平时在初始化指针的时候都是喜欢用NULL因此在上面这个程序中我们也希望NULL调用的是int*类型的但是运行结果如下可见NULL在C环境下调用的是int x类型的这样就不能用于指针的初始化了所以用nullptr是最好的方法nullptr的出现就是为了让指针在定义的时候意义统一。那么以上就是本次所有的内容了文章是自己写的哈有什么描述不对的、不恰当的地方恳请大佬指正看到后会第一时间修改感谢您的阅读~