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【C++初阶（三）】引用内联函数auto关键字

article 2024/11/15 21:44:43

目录

 前言

 1. 引用

  1.1 引用的概念 

 1.2 引用的特性

 1.3 引用的权限

 1.4 引用的使用

 1.5 引用与指针的区别

2. 内联函数

2.1  什么是内联函数

2.2  内联函数的特性

 3. auto关键字

 3.1 auto简介

 3.2 auto使用规则

 3.3 auto不能使用的场景

4.  基于范围的for循环

 4.1 范围for使用

 4.2 使用条件

5. C++空指针 

总结

 前言

        在学习C语言时，大家或许都被指针为难过，在使用指针时也存在各种问题，比如：空指针野指针问题（指针可以在任何时候指向任何地址，包括无效地址）。此外在C语言中函数调用时，如果多次的调用同一函数，创建大量的函数栈帧就会导致性能下降，对于这些缺点，C++都进行了优化与改进。那么本期的 “主角” 就是引用&内联函数。

在这里插入图片描述

 1. 引用

  1.1 引用的概念 

         引用是C++中的一个重要概念，它是一个已存在变量的别名，引用不是新定义一个变量，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。对引用的操作实际上就是对原变量的操作。

引用的定义方式为：类型& 引用名 = 原变量名; 

 比如：

int main()
{
	int a = 1;
	int& b = a;
	a++;
	b++;//b++也就是a++

	cout << a << endl;//输出3
	return 0;
}

注意：引用类型必须和引用实体是同种类型的。

 1.2 引用的特性

  • 引用必须初始化
  • 不占用额外空间（它引用的变量共用同一块内存空间）
  • 不能修改引用的绑定（引用一旦引用一个实体，就不能再引用其他实体）
  • 引用可作为函数参数和返回值 

int main()
{
	int a = 1;
	int b = a;
	
	//int& t;出现报错

	int& c = a;
	int& d = a;
	int& e = c;

	//地址相同
	cout << &a << endl;
	cout << &c << endl;
	cout << &d << endl;
	cout << &e << endl;
	return 0;
}

 1.3 引用的权限

         在C++中，引用的权限与指针类似，可以分为两种权限：常量引用和非常量引用。

         常量引用：使用const修饰的引用被称为常量引用。常量引用只能读取被引用变量的值，不能修改被引用变量的值。

        如果引用实体使用const修饰，那引用也必须使用const修饰。也就是权限可以被缩小，但不可以被放大。

比如：

int main()
{
	const int a = 1;
	//int& b = a;出现报错，权限被放大
	    
     //权限要等大
    const int a = 1;
    const int& b = a;

    //权限可以缩小
    int c = 2;
    const int& d = c;

	return 0;
}

除此之外，在类型转换时创建的临时变量也具有常属性。

int main()
{
	
	int i = 1;
	double j = i;

	//double& rj = i;//报错
	//类型转换过程中
	//存在隐式转换产生临时变量，这里的临时变量具有常性
	const double& rj = i;	

	return 0;
}

 1.4 引用的使用

    做参数

void Swap(int& x, int& y)
{
	int tmp = x;
	x = y;
	y = tmp;
}

 和指针相比

void Swap(int* x, int* y)
{
	int tmp = *x;
	*x = *y;
	*y = tmp;
}

 使用上更加简洁，并且引用的传值效率也很高，比如我们传值时传一个较大的数组，传值调用将一个很大内存的数组转换为数组地址传过去（变为4字节）

struct A{ int a[10000]; };
void Func1(A a){}
void Func2(A& a){}

 这些指针可以完成的工作，引用也可以完成。

   做返回值

int& Add(int a, int b)
{
	static int c = a + b;
	return c;
}

在之前我们先来理解一下传值返回：

int Count()
{
	int n = 0;
	n++;

	return n;
}

int main()
{
	int ret = Count();

	cout << ret << endl;
    return 0;
}

    这里返回的n是Count函数里的n吗？答案不是，在C语言函数中，函数执行结束函数内创建的变量就会销毁，所以这里返回的是Count（）函数中变量n数值的拷贝（返回的是n的值（临时变量），而不是n这个变量）。

int& Count()
{
	int n = 0;
	n++;

	return n;
}

      如果使用引用做返回值，返回的就是n的别名，也可以理解为返回的就是n这个变量（会报警告：返回局部变量或临时变量的地址: n）。这样直接返回函数内变量是很危险的，因为函数内的n出了函数作用域就被销毁了，再返回原本的n地址处的数据，此时数据是不可控的。

int main()
{
	int& ret = Count();

	cout << ret << endl;//第一次输出还是正常值1

	cout << ret << endl;//第二次输出就变成随机值了
}

 1.5 引用与指针的区别

 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

int main()
{
	int a = 10;
	int& ra = a;
	cout << "&a = " << &a << endl;//输出的地址相同
	cout << "&ra = " << &ra << endl;
	return 0;
}

 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

 下边是引用与指针底层汇编的对比：

引用与指针的不同点：

  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

2. 内联函数

2.1  什么是内联函数

      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。

 如上图，函数在调用时并没有创建函数栈帧，而是直接在main函数内部展开。

2.2  内联函数的特性

  • 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.

 但也并不是所有的函数都要展开，内联函数展开的也只适用于较小的函数。

比如：

        一个函数有100行代码，被调用了1000次，每次都展开，那就是10w行代码，产生的文件要多大，而如果是函数栈帧调用，每次调用都去同一块空间调用函数，也就只多了100行代码。

  •  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

 内联函数只是向编译器发送一个请求，编译器可以选择忽略

  •  声明和定义分离时不可以使用内联函数

 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

内联函数在声明和定义分离时，直接调用会出现报错，但是可以间接调用。

//fun.h
inline void fun()
{
	cout << "hello ,world!" << endl;
}

//fun.c
void func()
{
	fun();
}

//test.c
int main()
{
	fun();
	return 0;
}

 这种情况是可以正常调用的。

 3. auto关键字

 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：

  • 类型难于拼写
  • 含义不明确导致容易出错

 3.1 auto简介

        使用auto修饰的变量，是具有自动存储器的局部变量 ，但是在日常中却很少使用。

        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。

 比如：

int Test()
{
	return 10;
}
int main()
{
	int a = 10;
	auto b = a;
	auto c = 'a';
	auto d = Test();
	cout << typeid(b).name() << endl;//int
	cout << typeid(c).name() << endl;//char
	cout << typeid(d).name() << endl;//int
	
	return 0;
}

auto会自动读取类型，并且使用auto定义变量时必须对其进行初始化

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”，编译器在编译器会将auto替换为变量实际的类型

 3.2 auto使用规则

  •  与指针引用结合使用

 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&

int main()
{
	int x = 10;
	auto a = &x;
	auto* b = &x;
	auto& c = x;
	cout << typeid(a).name() << endl;//int*
	cout << typeid(b).name() << endl;//int*
	cout << typeid(c).name() << endl;//int

	return 0;
}
  • 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 a = 1, b = 2;
auto c = 3, d = 4.0;  // 该行代码会编译失败，因为c和d的初始化类型不同

 3.3 auto不能使用的场景

  •  auto不能作为函数返回类型

最新的C++语法是可以的，但是很不推荐，在日常应用场景中一定不要这样写，在较大的项目中大多数都是多人合作的，如果你使用auto，那别人在调用你的函数接口时不知道返回类型很难搞，如果别人也用auto，这样就会导致一系列连锁，最后代码越写越 “ 屎山 ”，这就是典型的 “ 坑队友 ”，要养成良好的代码风格。

  •  auto不能作为函数的参数
void TestAuto(auto a)//出现报错，编译器无法对a的实际类型进行推导
{

}
int main()
{
	TestAuto(2);
}
  • auto不能直接声明数组

 

4.  基于范围的for循环

 4.1 范围for使用

int main()
{
	int arr[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,0 };
    //正常的for循环遍历
	for (int i = 0; i < sizeof(arr) / sizeof(int); i++)
	{
		cout << arr[i] << ' ';
	}
	cout << endl;
    //范围for遍历
	for (int e : arr)
	{
		cout << e << ' ';//这里的e是数组值的拷贝，改变e无法改变数组的数据
	}
	return 0;
}

         对于一个有范围的集合而言，由程序员来说明循环的范围是多余的，有时候还会容易犯错误。因此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。

 注意：范围for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 使用条件

  • for循环迭代的范围必须是确定的 
void TestFor(int array[])
{
  for(auto& e : array)
    cout<< e <<endl;
}

        例如上述代码，范围并不明确。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

5. C++空指针 

        在C语言中我们常用的都是NULL来代表空指针，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 。我们可以使用C++代码测试一下：

void f(int)
{
	cout << "f(int)" << endl;
}
void f(int*)
{
	cout << "f(int*)" << endl;
}
int main()
{
	f(0);			//f(int)
	f(NULL);		//f(int)
	f((int*)NULL);	//f(int*)
	return 0;
}

 不难发现NULL在C++中被替换成了0，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。

为了保险起见，C++引入nullptr，代表空指针，在后续表示指针空值时建议最好使用nullptr。

总结

        到本期C++的一些入门简单语法已经基本介绍完毕，后续将会继续深入学习C++，以上便是本期全部内容 ，最后，感谢阅读！


http://www.kler.cn/a/107436.html

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