C++入门（以c为基础）——学习笔记2

1.引用

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。在语法层面，我们认为它和它引用的变量共用同一块内存空间。

可以取多个别名，也可以给别名取别名。

                                         

b/c/d本质都是别名，对d进行一个++

对于符号&，用其定义时就是引用，其他时候就是取地址

从此，改变一个变量不需要传地址，而可以在形参处定义别名，达到类似指针的效果。

“经典的错误，标准的零分”

为什么a的值还是没有改变？

    尽管传入的是别名 ，但是函数接受的参数依然是个数值，是实参的拷贝。应当在形参处建立引用，这样才能真正修改我们希望修改的变量。

这样就成功改变a的值了。

结论：形参是引用，则通过形参就能改变实参，不需要传更高级的指针。

引用中需要注意的细节： 

1.1引用在定义时必须先初始化

引用在定义时必须已经初始化（不能先取绰号，再找谁合适这个绰号）

一个引用可以有多个变量，就如上文的a b c d

引用一旦引用一个实体，就不能再改变

可见，不是让y变成z的别名，而是通过y，将z的值赋值给y和x

1.2引用中的权限问题

 存在的问题：权限的放大

m是只读的，当n变成m的别名后，n作为int类型的变量是可读可写的。为了避免通过n修改了m这个const类型的变量（权限放大），所以不能通过编译。

这样，是权限的平移，就能通过编译了。

对一个对象（C语言中喜欢称为变量），权限可以缩小和平移，但是不能放大。

                                            

                                             

此处我可以通过y修改x，修改后z的数值也会改变（相当于z只是没有“write”的权限，z只能访问x, 并不代表这个值真真正正地锁死了）

回忆：const int*      int  const*      int* const 

const默认与其左边结合，当左边没有任何东西则与右边结合。

       换句话说，const只要在*的左边，限制的就是*p1；const在*右边，限制的就是这个指针，该指针只能指向这个空间，不能改变指向。

上文中的前两种所限制的是一样的，最后一种限制的是指针，不能进行加减法。

             

报错的原因是：p2是可读可写的，我们可以通过p2去改变p1所指向的空间。但是p1指向的空间是被锁死了的，是不能改变的，又扩大了权限，因此报错。

数值之间没有权限的概念，只有指针和引用之间有权限的概念。

---

类型转化中的权限问题：

不管是强制类型转化还是隐式类型转化，其底层都是通过建立一个临时变量来进行转化。

我们先用double定义一个变量为12.34: 

                                                

其转化的本质是把d的整数部分取出，赋给整形类型的临时变量，再通过临时变量赋给i。

既然是这样的赋值方法，就不难理解下图为什么会报错了： 

                   

在82行代码执行时，d先将其整数部分赋值给临时变量，但是临时变量具有常性（像一个常数一样，不可被改变），而按照int& j的方法接受该临时变量后，j作为别名，可以通过j修改该临时变量，这是不被允许的。

但如果我给这个变量定义为“只读”类型，也就是const int& k=d; 

权限没有被放大，就合规了。 

                                                所有的表达式运算也会产生临时变量

int x=1;
int y=2;
x+y;

 没有用变量接受x+y，但是x+y还是会进行计算，计算出的结果会放进临时变量。

同理，有变量接受x+y时也一样，x+y的值放入临时变量，所以r2前面必须加const(只读)才能保证不越界。

                                          

1.3传参和传引用效率比较

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。

                                              

直接传值会拷贝整个变量（形参是实参的copy），传参效率弱于引用传参。 

再利用一个测试函数：

（将传值执行10000次，再将传引用执行10000次，0表示其所消耗的时间是小于1ms的） 

1.4从底层看引用

我们在语法层面认为：别名不开空间，存地址的变量（指针）是需要开辟空间的。

但是在汇编层面：

通过底层可知，定义指针p和引用b的汇编代码是一样的。

不过在日常的语法层面，我们依然认为引用不开空间，指针变量要开空间。

1.5指针和引用的区别

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

不过对于第四点，可以单独说明一下： 

                                      

不是说没有NULL引用吗？

结合底层思考为什么没有报错

   

 通过观察汇编，我们可以发现，并没有发生解引用这一步骤。

因为其本质是和指针一样的汇编代码，所以并没有发生报错。

cpp的引用为什么不能替代指针？

如：链表：

引用不能改变指向，如果用引用的方法存下下一个节点，当你想改变链接方式时，如何处理？

所以next必须使用指针。这单纯的是语法设计的原因，因为本贾尼是按照c为基础设计的，并没有想过要完全替代C语言。在Java中，引用就是可改变的，因此java没有指针。

2.内联函数

对于一些小型的、会大量重复调用的函数，如（Swap,Add等）。不停的建立函数栈帧性价比太低，C语言使用含参数的宏来解决这个问题。

宏没有栈帧消耗，但是容易出语法问题：复杂、没有类型检查、无法调试

cpp虽然兼容c的所有用法，但是cpp更倾向于使用内联函数（inline修饰）：

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。本质是一种空间换时间的做法。

用inline修饰函数

                     

注意：在debug模式下，为了调试方便，依然会执行call语句，像以前的函数一样建立栈帧。

没有执行call语句，也就是没有按照函数去调用，而是直接展开。

内联函数的特点：

编译器并没有把是否展开的权利完全释放给你，而是会自己选择是否展开。

当函数中的语句过多时，就不会展开

inline对于编译器只是一种建议，编译器会自己决定是否展开（如递归等就一定不会展开）

---

为什么有的函数语句过多时不会展开？

大函数展开的缺点：

若我们要对一个100行的代码调用10000次：

导致编译出的可执行程序变大。可执行程序大了是一件很麻烦的事情。

---

最后，内联函数不能声明和定义相分离 

因为内联函数是直接展开的，没有函数的地址，在链接过程中是找不到的。

其本质就是一个小型功能直接展开。

3.auto

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

（只不过在目前的学习中还不存在这样的问题）

根据赋值的内容，自动识别i的类型。

当然，typedef有类似的功能，但是typedef有时候会有些问题：

 

pstring p1 与 char* const p1是一个意思，p1 作为一个被const的变量，也具有常性，必须初始化，所以此处报错。

---

​​​​​​​tips:typeid可以用来查看变量的类型名：

typeid(a).name();

---

auto修饰的限定 

auto可以根据后面的内容进行赋值内容的条件限制。

---

     规定：auto不能直接用来声明数组

                    

4.基于范围的for循环

基于auto的用法，cpp抄了python的作业，使用自动循环：

for循环迭代的范围必须是确定的

for (auto e: array){e/=2;
}

auto可以改成具体的类型（int、double）等都可以，只要匹配就行

但是遍历方式是写死了的，只能从数组首到数组尾遍历。

但是传参进入的数组不能使用范围for

数组的传参本质是传入数组首元素地址，会退化。（c/cpp追求效率，在语言层进行了优化，传的是首元素地址）

                               

而针对一个数组首元素地址，该数组循环迭代的范围是不确定的，所以不能执行。

5.nullptr和NULL

cpp的设计缺陷：  将NULL作为一个宏，代表0，而不是之前的空指针。因此，cpp中的NULL会被当作整形的int而不是空指针

所以，引入了关键字nullptr

主函数中：第一个f调用第一个函数，第二个f也调用第一个函数，第三个f调用第二个函数，第四个函数调用第二个函数。

nullptr作为关键字，是不需要包含任何头文件的

6.小结

本篇中多为零碎的c过渡到cpp的语法知识，先进行铺垫和了解，在之后会有具体而详细的使用。