深剖C++内联函数和引用机制

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深剖C++引用

我们之前浅提了一下C++里面引用的概念，其实就是给变量起绰号，这个绰号的地址仍然不变。

比如这串代码：

int main()
{
	int a = 1;
	int& b = a;
	int* p = &b;
	int& c = b;//甚至可以对引用进行引用

	return 0;
}

我们打开监视窗口，一看便知确实如此

注意引用也有一些细节必须要注意：

1. 首先在定义时就必须初始化 ,比如类似 int& a; 这样的是不允许被定义的
2. 一个变量可以有多个引用，上面已经演示了不赘述
3. 引用一旦引用了一个实体，就不能引用其他实体，通俗的讲就是一个变量可以多个别名但一个别名只能对应一个变量。

再往深了走，引用的原则遵循对原来引用的变量，权限只能相同或缩小，不能放大。什么意思呢我们以下面两组代码为例：

const int x= 10;
int& y = x;//放大
const int& y = x;//不变

int a = 10;
const int& b = a;//缩小

第一组 x 为 const 类型，只能读不能写，而别名 y 为 int 类型为可写入的类型，那么这个别名 y 的权限就被放大了，属于越俎代庖，是不被允许的。而后面的 const 类型 y 对应 const 类型 x 没有改变，就保持了权限的不变；第二组反过来 a 原本为可写变量，别名 b 属于不可写的 const 类型，则权限缩小是允许的。

在 C++ 程序里，我们的传值在学习模板后我们会明白他的局限，但传址在遇到下面情况时也会存在限制，因为权限的只读性，我们加上 const 就可以解决辣

void test(const int& a)

int main()
{
int a = 1;
int& b = a;
const int& c = 2;
test(a);//可调
test(1);//不可调
test(c);//不可调
}

优势分析

所以我们经常看到函数的参数采用 const 进行维护，其原因就是 const 的价值在于可以减少传参的拷贝，在 test 函数里 const 修饰的是引用，引用的是临时变量，临时变量具有常性，const 修饰下任何类型都能传，哪怕类型转换也能传。

所以说 C++ 的引用机制是很舒服的，相比我们的C语言，他在涉及到指针时就格外优秀了，之前在二叉树题目中甚至会出现二级指针，现在只需要对一级指针引用即可。

插个话，最早的时候你可能疑惑过 scanf 函数使用时为什么会取对象地址而 printf 函数不需要，因为 scanf 是去缓冲区提取变量后赋值给他，这个变量实际上是传给形参的，那我们只能传他的地址，这就是指针的烦恼啊~所以大家能明白引用设计的用心良苦吗？

引用的使用场景可以做参数也可以做返回值，先提醒一下，引用做返回值的水很深，稍不注意就会陷进去

假如我写了一个传值返回的函数：

int num()
{
int n =0;
n++;
return n;
}

int main()
{
int a = num();
return 0;
}

函数每执行完一次就会 return 一次，调用完就会给 a 赋值一次，但是 n 不可以拿来赋值，因为出了作用域临时变量就直接销毁了，我们的原生语法里面编译器不敢做那么聪明去判断 n 可不可以被返回，他采用统一的做法就是让我们写代码的自己决定，只要写的是传值函数，就会生成一个临时变量，先把 n 拷给他再让他拷给 a。

这个临时变量可以由两种方式充当：如果小就用寄存器（栈帧销毁不影响寄存器），如果大（像结构体这种）他会在上一层提前开辟好栈帧，也就是 main 函数栈帧。

我们再来玩玩引用，就用刚刚的函数，我写成下面这样的话又该怎么理解呢？

int& num()
{
int n =0;
n++;
return n;
}

你可以这么理解，他和主函数之间传递也会生成一个临时变量，只是这个临时变量他是一个引用，他会变成我们返回值 n 的别名，==那是不是就意味着 n 直接赋值给了 a？正确的！==他们的地址是一样哒，所以还是那句话：引用yyds，听懂掌声。

使用场景

但是！这个代码他有没有问题啊，答案是有的

现在 a 就是我 n 的别名，我们临时变量 n 返回后销毁，a 怎么还会是他的别名呢？ 先想想空间销毁的意义是啥，他和栈帧一起被销毁，这个 “销毁” 其实就像 hotel 退房一样，退是退了但房间还在的，我有意无意还是可以访问的，所以这个代码是个由引用间接搞出来的野指针。函数返回时出了作用域，如果返回对象还没还给系统，则可以使用引用返回，否则使用传引用返回。

其实静态变量 static 修饰可以解决这个问题，每次调用完毕后栈帧销毁了但空间使用权还是该函数的，别人调用函数也覆盖不了，但我们之所以稍有看到稍有用 static 是因为在实际运用中会存在线程安全问题。

传引用返回不再像传值返回一样要拷贝，函数返回的直接就是变量的别名，但传引用返回也不是随随便便就可以用的，是会有问题的，C++ 控制这个过程他是这么想的：有些地方不能使用传引用返回比如刚刚那种情景，他设计了一个统一的临时变量依赖机制，到底用传值返回还是传引用返回是我们自己判断，可以就加上引用，引用就不用拷贝，效率就高。

引用和指针

全是细节，请务必看一遍（敲黑板）

1. 引用概念上定义一个变量的别名，指针存储一个变量的地址
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. NULL没有引用但有NULL指针
5. 在 sizeof 中含义不同，引用结果为引用类型的大小，但指针始终在地址空间所占空间字节（32 位平台占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. 多级指针有但没有多级引用
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更安全：引用只是别名不开空间，而指针存储了变量的地址，他是需要开辟额外空间的

语法角度上讲他俩风格各异，但从底层原理出发他们的实现方式都是一样的，就好像乐事和子弟，包装产地口感不一样，但他们都是薯片。

这里讲一点扩展知识：

内联函数

C++ 引入了一个 inline ，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inline ，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。

比如以下场景：

inline int& add(int a, int b)
{
	int c = a + b;
	return c;
}
int main()
{
	add(10, 20);
	add(10, 20);
	add(10, 20);
    …………
}

像这样频繁调用这种小规模函数，是很没有效率的，其实我们之前说过C语言里面他是通过宏解决的，这里 add 函数写成宏就是

#define add(a,b) ((a)+(b))

显而易见宏的写法比较复杂缠绕，这就是为什么C++会有内联机制，就是为了解决宏函数的晦涩且容易因为优先级写错的缺点，C++的改进是非常直观的。而且不要忘了宏是不支持调试，不支持类型安全的检查等缺点，这都是 C++ 语法填上的坑。

inline 之所以支持调试是因为 debug 环境下 inline 补齐作用，默认不打开优化；所以他就是集大成者的高性价比产物。

特性

1. inline 实质是一种以空间换时间的做法，所以为什么我们这里说是小规模函数，长代码和递归函数就不适合作为内联函数了，因为 inline 对于编译器只是一个建议，在代码很长或者带有递归时，编译器会自己做出优化导致内联不起作用。

2. inline 不建议声明和定义分离，分离会导致链接错误，因为被展开了就没有函数地址了，链接会找不到！

3. 在内联函数内不允许使用循环语句和开关语句；

4. 一个较为合理的经验准则是, 不要内联超过 10 行的函数，谨慎对待内联函数
   

今天就到这里吧，润了家人们。