C++ 入门基础(收尾) 内联函数 关键字auto，nullptr 范围for简介

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1 内联函数

1.1 概念

对于如Swap(交换)这样频繁被调用的短小函数，编译器为其去创建栈帧是很麻烦的，因此C++中新增了内联函数。
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，没有函数压栈的开销，内联函数提升程序运行的效率。

在C语言中解决这个问题的方式是去定义宏：

//频繁调用短小函数
int Add(int x, int y)
{
	int z = x + y;
	return z;
}

//c语言实现方法：实现ADD的宏
#define ADD(x,y) ((x)+(y))

int main() 
{
	Add(1, 2);
	Add(1, 2);
	Add(1, 2);
	Add(1, 2);
	ADD(1, 2);
}

为什么C++要出内敛？
因为在C语言定义宏的过程中可能会出现各种形式的错误写法，如：

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

因此C++拓展了内联函数的写法，实现的效果和宏替换是一样的，解决了宏定义的晦涩难懂、不支持调试、易错的问题，只要在定义的函数前加一个inline，写法如下：

inline int Add(int x, int y)
{
	int z = x = y;
	return z;
}

1.2 特性

1. inline是一种以空间换时间的做法，省去调用函数建立栈帧的开销。所以代码很长(一般是十行)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。
   比如有一个10行的函数，有1000个调用的地方，通过inline函数替换和不替换的空间差别是很大的：

替换：1000*10（1000次替换，每次替换的行数为十行） 
不替换：1000+10（1000是调用函数的代码，10是定义函数的10行代码）

3. inline不建议声明和定义分离，分离会导致链接错误。因为inline在预编译时被展开，就没有函数地址了，链接就会找不到。

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2 auto关键字

2.1 auto简介

自C++11后，auto关键字用于声明变量时根据初始化表达式自动推断该变量的类型、声明函数时函数返回值的占位符。

int TestAuto()
{
	return 10;
}

int main() 
{
	int a = 10;
	auto b = a; //整形 -> int
	auto c = &a;//地址 -> int*
	auto d = 'a';//字符 -> char
	auto e = TestAuto();//整形 -> int

	//输出由auto修饰的变量b，c，d，e的类型
	cout << typeid(b).name() << endl;
	cout << typeid(c).name() << endl;
	cout << typeid(d).name() << endl;
	cout << typeid(e).name() << endl;

	return 0;
}

输出结果如下：

【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。

2.2 auto细则

1. auto与指针和结合起来使用

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&

int main()
{
	int x = 10;
	auto a = &x;
	auto* b = &x;//声明指针类型
	auto& c = x;//声明引用类型

	cout << typeid(a).name() << endl;
	cout << typeid(b).name() << endl;
	cout << typeid(c).name() << endl;
	
	//通过三种方式修改x的值
	*a = 20;
	cout << "x:" << x << endl;
	*b = 30;
	cout << "x:" << x << endl;
	c = 40;
	cout << "x:" << x << endl;

	return 0;
}

结果如下：

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
}

为了避免滥用auto，以下两种写法被编译器禁止：

3.auto不能作为函数的参数和返回值

//以下是错误写法
//1.auto作函数参数
void TestAuto(auto a)
{}

//2.auto作函数返回值
auto TestAuto()
{
	return 10;
}

4. auto不能直接用来声明数组

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

2.3 使用场景(范围for简介)

要想对一个数组进行遍历，我们之前通常会用下面两种写法：

void TestFor()
{
	int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
	//对元素个数
	for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(int); ++i)
		array[i] *= 2;
	//对指针偏移
	for (int* p = array; p < array + sizeof(array) / sizeof(int); ++p)
		cout << *p << " ";
}

对于一个有范围的集合而言，对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。

如果你想遍历输出一个数组，你可以这样写：

void TestFor()
{
	int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
	for (auto e : array)
		cout << e << " ";
}

如果你想像上面的代码一样，通过遍历将数组里每个元素的值乘2，再输出的话，同样也可以写出相应的代码，下面我将再写一个代码，来说明范围for的特性：

void TestFor()
{
	int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
	for (auto e : array)
		e *= 2;
	for (auto e : array)
		cout << e << " ";
}

它的输出结果并不是预想的使所有值乘2:

原因是上面范围for的操作实际上是依次取array中的数据，赋值给e，自动判断结束。由于e只是array的临时拷贝，因此并不会因为e*=2而改变array中元素的值。

正确的写法应该如下：

void TestFor()
{
	int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
	//auto后面应该加&，从而改变array的值
	for (auto& e : array)
		e *= 2;
	for (auto e : array)
		cout << e << " ";
}

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

注意：以下代码就有问题，因为for的范围不确定

void TestFor(int array[])
{
	//由于这里的array是传参所得，因此array默认是指针，也就没有第一个元素和最后一个元素的范围
	for(auto& e : array)
		cout<< e <<endl; 
}

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3 关键字nullptr(C++11)

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

也就是说，在C++中，NULL实际上和0一个东西，看下面这段代码：

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。
为了避免像上面这段代码出现的本意上的错误，使用空指针时，尽量用nullptr来代替NULL。