C++入门 第二篇( 引用、内联函数、auto关键字、指针空值nullptr)

目录

6. 引用

6.1 引用概念

6.2 引用特性

6.3 常引用

正确用法：权限 缩小/平移

6.4 使用场景

1. 做参数

2. 做返回值

3.传值、传引用效率比较

6.5引用问题举例

6.6 反汇编中的&

6.7 引用和指针的不同点：

7.内联函数

7.1 内联函数与宏对比

7.2 内联函数

7.2内联函数的特性：

8. auto关键字

auto的使用细则

1. auto与指针和引用结合起来使用

2. 在同一行定义多个变量

3.auto不能推导的场景

9.指针空值nullptr

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本篇为继承上一篇基础之上进行讲解：# C++入门 第一篇(C++关键字， 命名空间，C++输入&输出)

6. 引用

6.1 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。
就像是给他人取外号，虽然称呼不同，但是所代表的都是同一个人

类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体;

void TestRef()
{int a = 10;  int& ra = a;//<====定义引用类型printf("%p\n", &a);printf("%p\n", &ra);
}

6.2 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（不能像指针那样改变指向）

因为为同一个地址故当其中一个发生改变时，另一个会跟着一起改变

6.3 常引用

void TestConstRef()
{const int a = 10;  //int& ra = a; // 该语句编译时会出错，a为常量 const int& ra = a;  // int& b = 10; // 该语句编译时会出错，b为常量 const int& b = 10;  double d = 12.34;  //int& rd = d; // 该语句编译时会出错，类型不同 const int& rd = d;
}

具体讲解：

为什么次数d=c时报错了呢？
        当然此处与指针的特点相似 指针和引用，进行 赋值/初始化 权限可以缩小，但不能放大
const int c=2; c时只能读的
而 int& d=c; 此时d 不仅变成了可以读而且还可以写，扩大了权限，故发生了报错

同样的例子：权限放大

正确用法：权限 缩小/平移

const int& ret=Count();

拓展：

        当定义 int i=1; 时，i 是一个整型变量。
        接下来，double &rd = i; 语句将一个 double 类型的引用 rd 绑定到了 i 上。引用 rd 和变量 i 现在指向同一个内存地址，它们是同一个变量的不同名称。由于 rd 是 i 的引用，可以通过 rd 修改 i 的值，并且对 rd 的修改也会对 i 产生影响。
        也可以理解为：i作为变量，而rd为与i同一地址为i的另名，而作为引用i，不可以对rd进行更改，故应该前面➕const 改为常变量

6.4 使用场景

1. 做参数

//可以简化对指针的引用
void Swap(int& left, int& right)
{int temp = left;left = right;right = temp;
}int main()
{int a=0,int b=1;swap(a,b);return 0;
}

2. 做返回值

//传引用
int& Count()
{static int n = 0;n++;// ...   return n;
}

我们曾经使用的都是传值法：
例如：

Swap(int x,int y)
{return x+y;
}

3.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。

当我们深入了解栈帧就会知道 return x+y；函数销毁时该return值存放在栈帧的寄存器上

引用：

return时，并不像传值返回，此处返回可以认为是产生了一个n的别名，可以减少拷贝，节约空间
引用返回的优点体现：

#include <assert.h>#define N 10
typedef struct Array
{int a[N];int size;
}AY;//引用返回
//1，减少拷贝
//2，调用者可以修改返回对象
int& PosAt(AY& ay ,int i)
{assert(i<N);return ay.a[i];//此处返回的就是a的第i个位置的别名
}int main()
{int ret=Count();AY ay;for (int i = 0; i < N; i++){PosAt(ay,i)=i*10;}for (int i = 0; i < N; i++){cout<<PosAt(ay,i)<<" ";}cout<<endl;return 0;
}

6.5引用问题举例

举例：

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;cout << "Add(1,2) is :" << ret << endl;return 0;
}

当然有些编译器输出的值可能是：

Add(1，2) is : 7
Add(1，2) is : ~(此处为随机值)

不同的编译器可能在此处输出的值不同
但为什么会输出这样的值呢？

在执行过程中：

int &ret = Add(1, 2);此时ret =n= 3

若此时将下一行的 Add(3, 4);注销，此时输出就可能为： 

3(此处为随机值或3)
～(此处为随机值) ；
原因是访问时 该空间已经被销毁，不同的编译器输出结果可能>>不同，但此方法就是错误的

这种方法，语法上是可以执行的，但是结果上是未定义的,本身就是错误的

在该代码基础之上对main函数进行更改怎么样都是错误的

6.6 反汇编中的&

在反汇编中可以看出：
->在表层上引用是不开空间的
-> 在底层上引用开辟空间（4字节），从汇编层面上引用也是用指针实现的

6.7 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

7.内联函数

7.1 内联函数与宏对比

以inline 修饰的函数叫内联函数
在C语言中使用定义宏：#define
定义宏相关文章：# C语言：程序环境和预处理
定义相关define 函数 在变异阶段阶段就会进行读写，使用时容易出现bug
若定义一个x+y的宏：

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

宏函数的错误写法：

#define Add(int x, int y) return x + y;
#define Add(x, y) x + y;
#define Add(x, y) (x + y);
#define Add(x, y) (x) + (y);

相比内联函数定义宏的缺点是：
宏定义函数相比内联函数的缺点包括可读性差、难以调试、没有类型安全的检查、占用更多内存、可能引发副作用、排查错误困难和缺乏类型检查等等。

内联函数的优点：
9. 减少函数调用开销。
10. 减少函数体积，节省代码存储空间。
11. 提高指令缓存命中率。
12. 消除函数调用的运行时开销。

7.2 内联函数

使用lnline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;
}

内敛是以空间(编译出来的可执行程序会变大非运行时占用内存变大)换时间的做法

假设1000个调用swap的地方:
swap不是inline：
swap+调用swap指令，合计是10+1000

swap是inline：
swap+调用swap指令，合计是 1*1000

7.2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。

// 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; 
}
// 链接错误:main.obj : error LNK2019: 
//无法解析的外部符号 "void __cdecl f(int)" 
//(?f@@YAXH@Z)，该符号在函数 _main 中被引用

8. auto关键字

auto 关键字是用来进行类型推断的。在 C++11 标准引入之前，我们需要显式地声明变量的类型，例如 int、double 等。而使用 auto 关键字，则可以根据变量的初始值自动推断出其类型。

auto 关键字的使用可以简化代码，提高代码的可读性和可维护性。特别是在定义复杂类型或迭代器类型时，使用 auto 可以避免重复编写类型名称，减少代码冗余。

【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
typedef相比于auto的缺点：

typedef char* pstring;
int main()
{
const pstring p1;// 编译成功还是失败?
const pstring* p2;// 编译成功还是失败?
return 0;
}

p1失败
正确写法：

const pstring p1=nullptr;
const pstring* p2;

auto的使用细则

1. auto与指针和引用结合起来使用

用auto声明指针类型时，用auto和auto*没有任何区别，但用auto声明引用类型时则必须 加&

遍历数组：

//曾今的方法：
int array[] = {1, 2, 3, 4, 5, 6};
for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(int); i++)
{cout << array[i] << " ";
}cout << endl;// 遍历数组新方式:
// 范围for--语法糖 ： 自动依次取数组中数据赋值给e对象，
//自动判断结束
for (auto e : array)
{cout << e << " ";
}
cout << endl;

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。

void TestAuto()
{auto a = 1, b = 2;auto c = 3, d = 4.0;// 该行代码会编译失败，因为c和d的初始化表达式类型不同 
}

3.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)  
{
}

1. auto不能直接用来声明数组

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

1. 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

2. 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。

9.指针空值nullptr

二者的区别是什么呢？
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:

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些麻烦

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。

本篇就到此结束啦，感谢阅读，创作不易，若喜欢的话不妨留下一个免费的赞👍吧🥰🥰🥰🥰