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

 

目录

1. 引用

1.1 引用概念

1.2 引用特性

1.3 常引用

1.4 使用场景

1.5 传值、传引用效率比较

1.6 引用和指针的区别

2. 内联函数

2.1 概念

2.2 特性

3.auto关键字（C++11）

3.1 类型别名思考

3.2 auto简介

3.3 auto的使用细则

3.4 auto不能推导的场景

4. 基于范围的for循环（C++11）

4.1 范围for的语法

4.2 范围for的使用条件

5. 指针空值nullptr（C++11）

5.1 C++98中的指针空值

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❀❀❀没有坚持的努力，本质上并没有多大的意义。

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1. 引用

1.1 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。

 类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体（注意：引用类型必须和引用实体是同种类型的）

b叫做a的引用，b也可以叫做a的别名（abcd四个，只要有一个发生变化，其余都发生变化）

应用1：

void Swap(int& a, int& b)
{int tmp = a;a = b;b = tmp;
}

数据进行交换，可以不用传指针，可以用引用

应用2：

#include <iostream>typedef struct ListNode
{int val;struct ListNode* next;
}LTNode;void LTPushBack_C(LTNode** pphead, int x)
{//C语言，单链表尾插需要传结构体的二级指针，因为需要改变首部地址
}void LTPushBack_CPP(LTNode*& phead, int x)
{//C++中，用引用，仅仅需要传结构体地址
}int main()
{LTNode* plist = NULL;//初始化LTPushBack_C(&plist, 1);LTPushBack_CPP(plist, 1);return 0;
}

也可以引用指针类型的 

注意：

typedef struct ListNode
{int val;struct ListNode* next;
}LTNode,*PLTNode;void LTPushBack_CPP(LTNode*& phead, int x)
{//C++中，用引用，仅仅需要传结构体地址
}
//这两个等同
void LTPushBack_CPP(PLTNode& phead, int x)
{//C++中，用引用，仅仅需要传结构体地址
}

1.2 引用特性

代码展示：

#include <iostream>int main()
{int a = 10;int& b = a;int& c = a;int& d = b;//一个变量可以多次引用int& e;//代码运行到这里会报错，因为引用在定义时必须初始化int m = 2;b = m;//b在前面已经引用了a，在这里并不是成为m的别名，而是把m的值赋值给b，然后此时abcd的值都是2return 0;
}

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

1.3 常引用

const修饰的变量，只能读不能写（这里的权限，指的是读和写）

#include <iostream>int main()
{int a = 0;int& b = a;//权限不变const int c = 2;int& d = c;//这里是错误的，权限不能被放大const int x = 3;const int& y = x;//这里是可以的，权限不变int m = 6;const int& n = m;//这里是可以的，权限缩小return 0;
}

取别名原则：对于引用类型，权限只能缩小，不能放大

临时变量具有常性

#include <iostream>int main()
{int a = 10;int& b = a;const int& c = 20;//常量也可以取别名double d = 15.3;int f = d;//在这里，相当于f把自己的整数部分给一个临时变量，临时变量把值赋给f（临时变量具有常性）const int& e = d;//这里的e不是d的引用，而是临时变量的引用return 0;
}

 

1.4 使用场景

（1）做参数

void Swap(int& a, int& b)
{int tmp = a;a = b;b = tmp;
}

可以不用传指针

（2）做返回值

代码1展示：（传值返回）

#include <iostream>int Count()
{int n = 0;n++;return n;
}//n出了这个函数就被销毁了，所以是赋值给临时变量的
int main()
{int ret = Count();return 0;
}

函数返回过程，把返回的值n给一个临时变量，临时变量的类型就是函数类型（上述代码的int），临时变量再把值赋给主函数的ret。（临时变量即有一个拷贝）

代码2展示：（传引用拷贝）

#include <iostream>
int& Count()
{static int n = 0;//static不能去掉，如果去掉，就会涉及出现越界问题（因为空间被系统回收）n++;return n;
}//返回int&，说明有一个临时引用是int&类型，临时引用是n的别名
int main()
{int& ret = Count();//ret是临时引用的别名，return 0;
}

没有拷贝，效率高

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。(否则会出现越界问题）

注意：

#include <iostream>
int Count()
{int n = 0;n++;return n;
}
int main()
{const int& ret = Count();//因为是临时变量的别名，临时变量具有常性return 0;
}

1.5 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。（传地址和传引用是差不多的）

传值和传引用在作为传参以及返回值类型上效率相差很大 。

1.6 引用和指针的区别

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

语法的角度：引用是一个别名，没有额外开空间，指针存储的是地址，需要开一个4/8字节的空间；但是从底层的角度，是一样的方式实现的（汇编代码是一致的）

2. 内联函数

2.1 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。

在函数前增加 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。

知识复习：写一个ADD的宏

 inline存在的意义：（1）解决宏函数晦涩难懂、容易写错（2）宏不支持调试

优点：（1）debug支持调试（2）不易写错，就是普通函数的写法(3)提升程序的效率

2.2 特性

1. inline 是一种 以空间换时间 的做法，省去调用函数额开销。所以 代码很长（大于10行） 或者有 循环 / 递归 的函数不适宜使用作为内联函数。

2. inline 对于编译器而言 只是一个建议 ，编译器会自动优化，如果定义为 inline 的函数体内有循环 / 递归等等，编译器优化时会忽略掉内联。

3. inline 不建议声明和定义分离 （头文件中，两个都写），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。

知识点 ：

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

2. 函数定义 换用内联函数

3.auto关键字（C++11）

3.1 类型别名思考

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

 auto可以自动定义类型，根据等号后面的变量

C++中，typeid(A).name();可以知道A的类型是什么

3.2 auto简介

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 。

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 。

3.3 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 &

（auto*定义的必须是指针类型）

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 。

auto意义之一：类型很长时，懒得写，可以让他自动推导。 

3.4 auto不能推导的场景

1. auto 不能作为函数的参数以及函数的返回值

// 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};
}

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。

4. 基于范围的for循环（C++11）

4.1 范围for的语法

C++11 中引入了基于范围的for 循环。 for 循环后的括号由冒号 “ ： ” 分为两部分：第一部分是范围内用于迭代的变量， 第二部分则表示被迭代的范围 。

void TestFor()
{int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };//加&的原因是e是array内容的拷贝，所以改变e不是改变array里面的内容for (auto& e : array){e *= 2;}//范围for，依次自动取arrar中的数据，赋值给e，自动判断结束for (auto e : array)//这里写int也可以{cout << e << " ";}
}

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 。

4.2 范围for的使用条件

1. for 循环迭代的范围必须是确定的

对于数组而言，就是数组中第一个元素和最后一个元素的范围 ；对于类而言，应该提供 begin 和 end 的

方法， begin 和 end 就是 for 循环迭代的范围。

注意：以下代码就有问题，因为 for 的范围不确定

void TestFor(int array[])
{for(auto& e : array)cout<< e <<endl;
}

这里的array是数组的首元素的地址，所以范围不定

2. 迭代的对象要实现 ++ 和 == 的操作 。

5. 指针空值nullptr（C++11）

5.1 C++98中的指针空值

//指针初始化int* p1 = NULL;int* p2 = 0;int* p3 = nullptr;//建议用这一种

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 。