【C++入门】引用、内联函数、auto关键字、基于范围的for循环(C++11)、指针空值nullptr(C++11)

引用

引用概念

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。(在同一空间上取别名)，再从下面的代码和结果中也可以看到就是在同一空间上取了不同的别名。
*引用类型必须和引用实体类型相同

#include<iostream>
using namespace std;int main()
{int a = 0;int& b = a;int& c = a;printf("%p\n",&a);printf("%p\n", &b);printf("%p\n", &c);return 0;
}

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 = 0;//int& b;引用不赋值是行不通的int& c = a;printf("%p\n",&a);printf("%p\n", &c);return 0;
}

引用使用场景

1.做参数

在这里先举一个最简单的例子，在刚开始学C语言的时候会有这样一道题就是将两个变量的值进行交换，那时也就开始接触指针，而今天学习的并不是完全来代替指针的，但是使用来简化指针，在C++当中饮用和指针都是要使用的。

//未使用引用
void swap(int* i, int* j)
{int temp = *i;*i = *j;*j = temp;
}
int main()
{int a = 1;int b = 2;swap(&a,&b);printf("%d,%d",a,b);return 0;
}

//使用引用
void swap(int& i, int& j)
{int temp = i;i = j;j = temp;
}
int main()
{int a = 1;int b = 2;swap(a,b);printf("%d,%d",a,b);return 0;
}

在swap函数中的参数i，j是主函数a,b的别名
在下面的代码当中是之前学习链表是需要借用到双指针，有些复杂SPushBack函数是经过使用引用后的样子相对双指针要简单的。

typedef struct Node
{struct Node* next;int val;}Node,*PNode;void SLTPushBack(Node** plist, int i);
{}
void SPushBack(Node*& plist, int i);
{}
void SPushBack(PNode& plist, int i);
{}int main()
{Node* plist = NULL;SLTPushBack(&plist, 1);SPushBack(plist, 1);return 0;
}

做返回值

在接下来会介绍到使用传引用返回和传值的区别，之间的效率和性能。
在使用之前传值的方法，并不是直接就返回过去了，而是栈帧销毁的时候形成了临时变量，然后再将临时变量赋值给ret，在这个过程当中是有个拷贝的过程，这也是影响效率的原因。但是这里的第二段代码的临时变量就有些多余，所以就可以使用传引用返回来减少这个拷贝的过程。

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

上面的这段代码也就是使用传引用返回的正确写法，减少了拷贝的过程，并且调用者可以修改返回对象，这里ret是c的别名。
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。

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;//7return 0;
}

上面的这段代码的结果是7，也是解释上面需要注意的问题，ret是c的别名，出了栈帧就销毁了，但是空间还是在的，所以Add(3,4)和Add(1,2)开辟的栈帧大小是一样的所以打印的就是7了，如果在打印两遍的话，再次生成的就是随机值了，因为cout << "Add(1, 2) is :" << ret << endl;它也是需要开辟栈帧的将之前的覆盖了。

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。
如果临时拷贝的较小，就存储到寄存器当中，如果较大的返回值或结构体类型，就会在main中开辟空间存放。
传值、传引用区别
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。
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。
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

常引用

指针和引用，赋值或者初始化，权限可以缩小，但是不能放大。

//保持权限
const int a = 0;
const int& b = a;const int* p = NULL;
const int* q = p;//缩小权限
int a = 0;
const int& b = a;int* p = NULL;
const int* q = p;

下面的代码是错误的，这段代码就很好地解释了权限可以缩小，但是不能放大的问题。因为在count返回时会发现返回的是临时变量，就是常量并不能被修改，将main当中的代码给改成const int& ret=count();就正确了

int count()
{int a = 1;int b = 2;int c = a + b;return c;
}
int main()
{int& ret = count();//errorreturn 0;
}

int a = 1;
double& b = a;//errorint a = 1;
const double& b = a;//true

在这里要知道的就是当我想要强转类型的时候，（double）a强转的时候是要形成临时变量的
而在上面的这段代码当中b是double类型的临时变量的别名，因为临时变量具有常性所以权限被放大了，这时使用const保持权限。

内联函数

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。（就是使用内联函数代替了C语言当中的宏，因为宏有一定的缺点）
如果在上述函数前增加inline关键字将其改成内联函数，在编译期间编译器会用函数体替换函数的调用。
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
     

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。就是将下面的代码F.cpp的内容都放在F.h当中。

// F.h
#include <iostream>
using namespace std;
inline void f(int i);
// F.cpp
#include "F.h"
void f(int i)
{cout << i << endl;
}
// main.cpp
#include "F.h"
int main()
{f(10);return 0;
}

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

auto关键字

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
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。

int main()
{int a = 10;auto b = a;auto c = 'a';return 0;
}

从上面的代码中可以看到auto的实际作用就是自动匹配类型，当我们碰到比较复杂的类型时用auto就会非常的方便。
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
2. auto不能直接用来声明数组
   void TestAuto(auto a){}
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

void TestAuto()
{int a[] = {1,2,3};auto b[] = {4，5，6};
}

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)

int main()
{//之前的写法C++98int arr[] = {4,3,1,2};for (int i = 0; i < sizeof(arr) / sizeof(int); i++){cout << arr[i] << " ";}cout << endl;//使用范围for结合auto后的遍历C++11for (auto e : arr){cout << e<< " ";}cout << endl;return 0;
}

注意：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。
范围for的使用范围必须是确定的，才能使用该功能。

指针空值nullptr(C++11)

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：
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，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，比如:

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;
}

程序本意是想通过f(NULL)调用指针版本的f(int*)函数，但是由于NULL被定义成0，因此与程序的
初衷相悖。
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。

最后：文章有什么不对的地方或者有什么更好的写法欢迎大家在评论区指出