【C++入门：C++世界的奇幻之旅】

• 1. 什么是C++

• 2. C++发展史

• 3. C++的重要性

• 4. C++关键字

• 5. 命名空间

• 6. C++输入&输出

• 7. 缺省参数

• 8. 函数重载

• 9. 引用

• 10. 内联函数

• 11. auto关键字(C++11)

• 12. 基于范围的for循环(C++11)

• 13. 指针空值---nullptr(C++11)05. 

1. 什么是C++

        C语言是结构化和模块化的语言，适合处理较小规模的程序。对于复杂的问题，规模较大的 程序，需要高度的抽象和建模时，C语言则不合适。为了解决软件危机， 20世纪80年代， 计算机 界提出了OOP(object oriented programming：面向对象)思想，支持面向对象的程序设计语言应运而生。        

        1982年，Bjarne Stroustrup博士在C语言的基础上引入并扩充了面向对象的概念，发明了一 种新的程序语言。为了表达该语言与C语言的渊源关系，命名为C++。因此：C++是基于C语言而 产生的，它既可以进行C语言的过程化程序设计，又可以进行以抽象数据类型为特点的基于对象的 程序设计，还可以进行面向对象的程序设计。

        C++是在C的基础之上，容纳进去了面向对象编程思想，并增加了许多有用的库，以及编程范式 等。熟悉C语言之后，对C++学习有一定的帮助，

本章节主要目标：

• 1. 补充C语言语法的不足，以及C++是如何对C语言设计不合理的地方进行优化的，比如：作用 域方面、IO方面、函数方面、指针方面、宏方面等。
• 2. 为后续类和对象学习打基础。

2. C++的发展史

        1979年，贝尔实验室的本贾尼等人试图分析unix内核的时候，试图将内核模块化，于是在C 语言的基础上进行扩展，增加了类的机制，完成了一个可以运行的预处理程序，称之为C with classes。

        语言的发展就像是练功打怪升级一样，也是逐步递进，由浅入深的过程。我们先来看下C++的历史版本。

阶段	内容
C with classes	类及派生类、公有和私有成员、类的构造和析构、友元、内联函数、赋值运算符 重载等
C++1.0	类及派生类、公有和私有成员、类的构造和析构、友元、内联函数、赋值运算符 重载等
C++2.0	更加完善支持面向对象，新增保护成员、多重继承、对象的初始化、抽象类、静 态成员以及const成员函数
C++3.0	进一步完善，引入模板，解决多重继承产生的二义性问题和相应构造和析构的处 理
C++98	C++标准第一个版本，绝大多数编译器都支持，得到了国际标准化组织(ISO)和美 国标准化协会认可，以模板方式重写C++标准库，引入了STL(标准模板库)
C++03	C++标准第二个版本，语言特性无大改变，主要：修订错误、减少多异性
C++05	C++标准委员会发布了一份计数报告(Technical Report，TR1)，正式更名 C++0x，即：计划在本世纪第一个10年的某个时间发布
C++11	增加了许多特性，使得C++更像一种新语言，比如：正则表达式、基于范围for循 环、auto关键字、新容器、列表初始化、标准线程库等
C++14	对C++11的扩展，主要是修复C++11中漏洞以及改进，比如：泛型的lambda表 达式，auto的返回值类型推导，二进制字面常量等
C++17	在C++11上做了一些小幅改进，增加了19个新特性，比如：static_assert()的文 本信息可选，Fold表达式用于可变的模板，if和switch语句中的初始化器等
C++20	自C++11以来最大的发行版，引入了许多新的特性，比如：模块(Modules)、协 程(Coroutines)、范围(Ranges)、概念(Constraints)等重大特性，还有对已有 特性的更新：比如Lambda支持模板、范围for支持初始化等
C++23	制定ing

C++还在不断的向后发展。但是：现在公司主流使用还是C++98和C++11，所有大家不用追求最 新，重点将C++98和C++11掌握好，等工作后，随着对C++理解不断加深，有时间可以去琢磨下更 新的特性。

关于C++2X最新特性的讨论：链接

3. C++的重要性

3.1 语言的使用广泛度

下图数据来自TIOBE编程语言社区2023年最新的排行榜，在30多年的发展中，C/C++几乎一 致稳居前5。

TIOBE 编程语言社区排行榜是编程语言流行趋势的一个指标，每月更新，这份排行榜排名基于互 联网上有经验的程序员、 课程和第三方厂商的数量。排名使用著名的搜索引擎（诸如 Google、 MSN、Yahoo!、Wikipedia、YouTube 以及 Baidu 等）进行计算。 注意：排名不能说明那个语言好，那个不好，每门编程语言都有适应自己的应用场景。

3.2 在工作领域

1. 操作系统以及大型系统软件开发

所有操作系统几乎都是C/C++写的，许多大型软件背后几乎都是C++写的，比如： Photoshop、Office、JVM(Java虚拟机)等，究其原因还是性能高，可以直接操控硬件。

2. 服务器端开发

后台开发：主要侧重于业务逻辑的处理，即对于前端请求后端给出对应的响应，现在主流采 用java，但内卷化比较严重，大厂可能会有C++后台开发，主要做一些基础组件，中间件、 缓存、分布式存储等。服务器端开发比后台开发跟广泛，包含后台开发，一般对实时性要求 比较高的，比如游戏服务器、流媒体服务器、网络通讯等都采用C++开发的。

3. 游戏开发

PC平台几乎所有的游戏都是C++写的，比如：魔兽世界、传奇、CS、跑跑卡丁车等，市面上 相当多的游戏引擎都是基于C++开发的，比如：Cocos2d、虚幻4、DirectX等。三维游戏领 域计算量非常庞大，底层的数学全都是矩阵变换，想要画面精美、内容丰富、游戏实时性 搞，这些高难度需求无疑只能选C++语言。比较知名厂商：腾讯、网易、完美世界、巨人网 络等。

4. 嵌入式和物联网领域

嵌入式：就是把具有计算能力的主控板嵌入到机器装置或者电子装置的内部，能够控制这些 装置。比如：智能手环、摄像头、扫地机器人、智能音响等。

谈到嵌入式开发，大家最能想到的就是单片机开发(即在8位、16位或者32位单片机产品或者 裸机上进行的开发)，嵌入式开发除了单片机开发以外，还包含在soc片上、系统层面、驱动 层面以及应用、中间件层面的开发。

常见的岗位有：嵌入式开发工程师、驱动开发工程师、系统开发工程师、Linux开发工程 师、固件开发工程师等。

知名的一些厂商，比如：以华为、vivo、oppo、小米为代表的手机厂；以紫光展锐、乐鑫为 代表的芯片厂；以大疆、海康威视、大华、CVTE等具有自己终端业务厂商；以及海尔、海 信、格力等传统家电行业。

随着5G的普及，物联网(即万物互联，)也成为了一种新兴势力，比如：阿里lot、腾讯lot、京 东、百度、美团等都有硬件相关的事业部。

5. 数字图像处理

数字图像处理中涉及到大量数学矩阵方面的运算，对CPU算力要求比较高，主要的图像处理 算法库和开源库等都是C/C++写的，比如：OpenCV、OpenGL等，大名鼎鼎的Photoshop 就是C++写的。

6. 人工智能

一提到人工智能，大家首先想到的就是python，认为学习人工智能就要学习python，这个 是误区，python中库比较丰富，使用python可以快速搭建神经网络、填入参数导入数据就 可以开始训练模型了。但人工智能背后深度学习算法等核心还是用C++写的。

7. 分布式应用

近年来移动互联网的兴起，各应用数据量业务量不断攀升；后端架构要不断提高性能和并发 能力才能应对大信息时代的来临。在分布式领域，好些分布式框架、文件系统、中间组件等 都是C++开发的。对分布式计算影响极大的Hadoop生态的几个重量级组件：HDFS、 zookeeper、HBase等，也都是基于Google用C++实现的GFS、Chubby、BigTable。包括分 布式计算框架MapReduce也是Google先用C++实现了一套，之后才有开源的java版本。

除了上述领域外，在：科学计算、浏览器、流媒体开发、网络软件等都是C++比较适合的场景， 作为一名老牌语言的常青树，C++一直霸占编程语言前5名，肯定有其存在的价值。

4. C++关键字(C++98)

C++总计63个关键字，C语言32个关键字

5. 命名空间

我们首先来看一下一个C++程序的样子。

#include//头文件
using namespace std;//命名空间std

int main()
{
	cout << "hello world" << endl;//输出并换行

	return 0;
}

5.1 命名空间定义

        定义命名空间，需要使用到namespace关键字，后面跟命名空间的名字，然后接一对{}即可，{} 中即为命名空间的成员。现在我们来介绍一下命名空间，注意：C++是兼容90%的C语言。

当我们加入头文件时程序就报错了，因为该文件下有一个rand函数，和我们当前的全局变量rand出现了命名冲突的问题。

#include 
#include 
int rand = 10;
// C语言没办法解决类似这样的命名冲突问题，所以C++提出了namespace来解决
int main()
{
	printf("%d\n", rand);
	return 0;
}
// 编译后后报错：error C2365: “rand”: 重定义；以前的定义rand是“函数”

        在C/C++中，变量、函数和后面要学到的类都是大量存在的，这些变量、函数和类的名称将都存在于全局作用域中，可能会导致很多冲突。使用命名空间的目的是对标识符的名称进行本地化， 以避免命名冲突或名字污染，namespace关键字的出现就是针对这种问题的。

命名冲突解决方法如下：不指定命名空间的名字不能访问该全局变量。

#include 
#include 

namespace yu //是命名空间的名字，一般开发中是用项目名字做命名空间名。
{
	int rand = 10;
}//这里没有分号

int main()
{
	printf("%p\n", rand);//这里rand是函数，需要%p打印
    
    // :: 域作用限定符
	printf("%d\n", yu::rand);//这里rand是变量，需要%d打印
	return 0;
}

命名空间中可以定义变量 / 函数 / 类型：

namespace yu //是命名空间的名字，一般开发中是用项目名字做命名空间名。
{
	int rand = 10;
	int Add(int left, int right)
	{
		return left + right;
	}
	struct Node
	{
		struct Node* next;
		int val;
	};
}//这里没有分号


//命名空间变量
yu::rand;
yu:Add(1,2);
struct yu::Node node;

命名空间可以嵌套：

namespace yu 
{
	namespace yu1
	{
		int rand = 10;
	}
	namespace yu2
	{
		int rand = 10;
	}
}

printf("%d\n", yu::yu1::rand);//输出
printf("%d\n", yu::yu2::rand);//输出

同一个工程中允许存在多个相同名称的命名空间,编译器最后会合成同一个命名空间中。

// ps：一个工程中的test.h和上面test.cpp中两个yu会被合并成一个
// test.h
namespace yu
{
    int Add(int left, int right)
	{
		return left + right;
	}
}

5.2 命名空间使用

命名空间中成员该如何使用呢？比如：

#include 
#include 
namespace yu
{
	// 命名空间中可以定义变量/函数/类型
	int a = 0;
	int b = 1;
	int Add(int left, int right)
	{
		return left + right;

	}
	struct Node
	{
		struct Node* next;
		int val;
	};
}
int main()
{
	// 编译报错：error C2065: “a”: 未声明的标识符
	printf("%d\n", a);
	return 0;
}

命名空间的使用有三种方式：

• 加命名空间名称及作用域限定符

int main()
{
    printf("%d\n", yu::a);
    return 0;    
}

• 使用using将命名空间中某个成员引入

using yu::b;
int main()
{
    printf("%d\n", N::a);
    printf("%d\n", b);
    return 0;    
}

• 使用using namespace 命名空间名称 引入

using namespce yu;
int main()
{
    printf("%d\n", yu::a);
    printf("%d\n", b);
    Add(10, 20);
    return 0;    
}

总结：

std是C++标准库的命名空间，如何展开std使用更合理呢？

• 1. 在日常练习中，建议直接using namespace std即可，这样就很方便。
• 2. using namespace std展开，标准库就全部暴露出来了，如果我们定义跟库重名的类型/对象/函数，就存在冲突问题。该问题在日常练习中很少出现，但是项目开发中代码较多、规模大，就很容易出现。所以建议在项目开发中使用，像std::cout这样使用时指定命名空间 + using std::cout展开常用的库对象/类型等方式。

6. C++输入&输出

        新生婴儿会以自己独特的方式向这个崭新的世界打招呼，C++刚出来后，也算是一个新事物，那C++是否也应该向这个美好的世界来声问候呢？我们来看下C++是如何来实现问候的。

#include
// std是C++标准库的命名空间名，C++将标准库的定义实现都放到这个命名空间中
using namespace std;
int main()
{
	cout << "Hello world!!!" << endl;
	return 0;
}

说明：

• 1. 使用cout标准输出对象(控制台)和cin标准输入对象(键盘)时，必须包含< iostream >头文件 以及按命名空间使用方法使用std。
• 2. cout和cin是全局的流对象，endl是特殊的C++符号，表示换行输出，他们都包含在包含< iostream >头文件中。
• 3. <<是流插入运算符，>>是流提取运算符。
• 4. 使用C++输入输出更方便，不需要像printf/scanf输入输出时那样，需要手动控制格式。 C++的输入输出可以自动识别变量类型。
• 5. 实际上cout和cin分别是ostream和istream类型的对象，>>和<<也涉及运算符重载等知识， 这些知识我们我们后续才会学习，所以我们这里只是简单学习他们的使用。后面我们还有有 一个章节更深入的学习IO流用法及原理。

注意：早期标准库将所有功能在全局域中实现，声明在.h后缀的头文件中，使用时只需包含对应头文件即可，后来将其实现在std命名空间下，为了和C头文件区分，也为了正确使用命名空间， 规定C++头文件不带.h；旧编译器(vc 6.0)中还支持格式，后续编译器已不支持，因 此推荐使用+std的方式。

#include
// std是C++标准库的命名空间名，C++将标准库的定义实现都放到这个命名空间中
using namespace std;
int main()
{
	int a = 1;
	double d = 1.1;
	// 可以自动识别变量的类型
	cout << a << endl;
	cout << d << endl;
	// 可以多种类型拼接
	cout << a << "+" << d <<  "=" <<  a + d << endl;
	return 0;
}

运行结果：

// ps：关于cout和cin还有很多更复杂的用法，比如控制浮点数输出精度，控制整形输出进制格式等等。因为C++兼容C语言的用法，这些又用得不是很多，我们这里就不展开学习了。后续如果有需要，我们再配合文档学习。如果需要，可以使用C语言的printf去控制精度。

7. 缺省参数

7.1缺省参数概念

        缺省参数是声明或定义函数时为函数的参数指定一个缺省值。在调用该函数时，如果没有指定实参则采用该形参的缺省值，否则使用指定的实参。

#include

using std::cout;
using std::endl;

void Func(int a = 0 ,int b = 1)
{
	cout << a << endl;
	cout << b << endl << endl;
}
int main()
{
	Func();       // 没有传参时，使用参数的默认值
	Func(10);     // 传参时，使用指定的实参 -> 传参顺序:10->a
	Func(10, 20); // 传参时，使用指定的实参 -> 传参顺序:10->a,20->b
	return 0;
}

运行结果：

7.2 缺省参数分类

• 全缺省参数

void Func(int a = 10, int b = 20, int c = 30)
{
	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;
	cout << "c = " << c << endl;
}

• 半缺省参数

void Func(int a, int b = 10, int c = 20)
{
	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;
	cout << "c = " << c << endl;
}

注意：

• 1. 半缺省参数必须从右往左依次来给出，不能间隔着给
• 2. 缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现

//a.h
void Func(int a = 10);
  
// a.cpp
void Func(int a = 20)
{}

//如果声明与定义位置同时出现，恰巧两个位置提供的值不同，\
那编译器就无法确定到底该用那个缺省值。

//规定：在声明的地方写缺省参数
//a.h
void Func(int a = 10);
  
// a.cpp
void Func(int a)
{}

• 3. 缺省值必须是常量或者全局变量
• 4. C语言不支持（编译器不支持）

8. 函数重载

        自然语言中，一个词可以有多重含义，人们可以通过上下文来判断该词真实的含义，即该词被重载了。 比如：以前有一个笑话，国有两个体育项目大家根本不用看，也不用担心。一个是乒乓球，一个是男足。前者是“谁也赢不了！”，后者是“谁也赢不了！”

8.1 函数重载概念

        函数重载：是函数的一种特殊情况，C++允许在同一作用域中声明几个功能类似的同名函数，这些同名函数的形参列表(参数个数 或 类型 或 类型顺序)不同，常用来处理实现功能类似数据类型 不同的问题。

#include
using namespace std;

//重载：函数名相同，参数不同（类型不同，个数不同，类型顺序不同）返回值可同可不同

// 1、参数类型不同
int Add(int left, int right)
{
	cout << "int Add(int left, int right)" << endl;
	return left + right;
}
double Add(double left, double right)
{
	cout << "double Add(double left, double right)" << endl;
	return left + right;
}

// 2、参数个数不同
void f()
{
	cout << "f()" << endl;
}
void f(int a)
{
	cout << "f(int a)" << endl;
}

// 3、参数类型顺序不同
void f(int a, char b)
{
	cout << "f(int a,char b)" << endl;
}
void f(char b, int a)
{
	cout << "f(char b, int a)" << endl;
}
int main()
{
	Add(10, 20);
	Add(10.1, 20.2);

	f();
	f(10);

	f(10, 'a');
	f('a', 10);
	return 0;
}

问：下面这个能构成重载吗？ --- 构成（参数不同构成重载），但是实际上不会写这样的代码，不传参的时候调用存在二义性。

#include
using namespace std;
void f()
{
	cout << "f()" << endl;
}
void f(int a = 0)
{
	cout << "f(int a = 0)" << endl;
}

8.2 C++支持函数重载的原理--名字修饰(name Mangling)

为什么C++支持函数重载，而C语言不支持函数重载呢？

在C/C++中，一个程序要运行起来，需要经历以下几个阶段：预处理、编译、汇编、链接。

1. 实际项目通常是由多个头文件和多个源文件构成，而通过C语言阶段学习的编译链接，我们可以知道，【当前a.cpp中调用了b.cpp中定义的Add函数时】，编译后链接前，a.o的目标文件中没有Add的函数地址，因为Add是在b.cpp中定义的，所以Add的地址在b.o中。那么怎么办呢？

2. 所以链接阶段就是专门处理这种问题，链接器看到a.o调用Add，但是没有Add的地址，就会到b.o的符号表中找Add的地址，然后链接到一起。

3. 那么链接时，面对Add函数，链接接器会使用哪个名字去找呢？这里每个编译器都有自己的 函数名修饰规则。

4. 由于Windows下vs的修饰规则过于复杂，而Linux下g++的修饰规则简单易懂，下面我们使 用了g++演示了这个修饰后的名字。

5. 通过下面我们可以看出gcc的函数修饰后名字不变。而g++的函数修饰后变成【_Z+函数长度 +函数名+类型首字母】。

• 采用C语言编译器编译后结果

结论：在linux下，采用gcc编译完成后，函数名字的修饰没有发生改变。

• 采用C++编译器编译后结果

结论：在linux下，采用g++编译完成后，函数名字的修饰发生改变，编译器将函数参 数类型信息添加到修改后的名字中。

• Windows下名字修饰规则

结论：对比一下发现修饰后的格式为：? + 函数名 + @@YA + 返回值 + 参数1 + 参数2 + @Z，int类型对应的是字母H，void类型对应的是字母X，double类型对应的是字母N。扩展：float类型对应的是字母M

对比Linux会发现，windows下vs编译器对函数名字修饰规则相对复杂难懂，但道理都是类似的，我们就不做细致的研究了。【扩展学习：C/C++函数调用约定和名字修饰规则--有兴趣好奇的同学可以看看，里面 有对vs下函数名修饰规则讲解】

C/C++的调用约定

6. 通过这里就理解了C语言没办法支持重载，因为同名函数没办法区分。而C++是通过函数修饰规则来区分，只要参数不同，修饰出来的名字就不一样，就支持了重载。

7. 如果两个函数函数名和参数是一样的，返回值不同是不构成重载的，因为调用时编译器没办法区分。

9. 引用

9.1 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。

比如：李逵，在家称为"铁牛"，江湖上人称"黑旋风"。

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。

9.2 引用特性

• 1. 引用在定义时必须初始化
• 2. 一个变量可以有多个引用，可以给别名起别名
• 3. 引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体，此时引用只是赋值，不改变指向

9.3 常引用

void TestConstRef()
{
	// 权限不能放大
	const int a = 10;
	int& ra = a;   // 该语句编译时会出错，a为常量
	const int& ra = a;

	int& b = 10; // 该语句编译时会出错，b为常量
	const int& b = 10;

	int c = 10;
	const int& rc = c;//权限可以缩小

	double d = 12.34;
	int& rd = d; // 该语句编译时会出错，类型不同
	const int& rd = d;//产生了临时变量12，此时是给临时变量取别名
}

9.4 使用场景

1. 做参数

void Swap(int& left, int& right)
{
   int temp = left;
   left = right;
   right = temp;
}

2. 做返回值

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

int main()
{
	int ret = Count();
	cout << ret << endl;
	return 0;
}

上面这个程序ret接收的是n还是n的拷贝？？？这里接收的是n的拷贝，当Count函数调用完后，局部变量就销毁了，所以我们这里是传值返回。如果我们引用返回呢？？？

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

int main()
{
	int ret = Count();
	cout << ret << endl;
	return 0;
}

这里的ret值是不确定的，它返回的是n的别名然后赋值给ret，但是这要取决于编译器在释放了函数栈帧后有没有将n这个变量的值清理掉。vs编译器下，函数栈帧释放后不会将值清理掉。

运行结果：

下面代码输出什么结果？为什么？

ret是上面c的别名，但是局部变量c出了函数作用域，返回对象就销毁了，不能用引用返回，否则结果是不确定滴。

注意：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。

那引用作返回值我们该如何使用呢？我们可以给变量增加static修饰。

int& Add(int a, int b)
{
    static int c = a + b;
    return c;
}
int main()
{
    int& ret = Add(1, 2);
    cout << "Add(1, 2) is :" << ret << endl;

    Add(3, 4);
    cout << "Add(1, 2) is :" << ret << endl;
    return 0;
}

运行结果：

这里输出这样的结果是因为静态局部变量只会初始化一次，后面再调用就不会执行。

9.5 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。

#include 
using namespace std;

#include 
struct A { int a[10000]; };
void TestFunc1(A a) {}
void TestFunc2(A& a) {}
void TestRefAndValue()
{
	A a;
	// 以值作为函数参数
	size_t begin1 = clock();
	for (size_t i = 0; i < 10000; ++i)
		TestFunc1(a);
	size_t end1 = clock();
	// 以引用作为函数参数
	size_t begin2 = clock();
	for (size_t i = 0; i < 10000; ++i)
		TestFunc2(a);
	size_t end2 = clock();
	// 分别计算两个函数运行结束后的时间
	cout << "TestFunc1(A)-time:" << end1 - begin1 << endl;
	cout << "TestFunc2(A&)-time:" << end2 - begin2 << endl;
}

运行结果：

值和引用的作为返回值类型的性能比较

#include 
struct A { int a[10000]; };
A a; //全局变量
// 值返回
A TestFunc1() { return a; }
// 引用返回
A& TestFunc2() { return a; }
void TestReturnByRefOrValue()
{
	// 以值作为函数的返回值类型
	size_t begin1 = clock();
	for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)
		TestFunc1();
	size_t end1 = clock();
	// 以引用作为函数的返回值类型
	size_t begin2 = clock();
	for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)
		TestFunc2();
	size_t end2 = clock();
	// 计算两个函数运算完成之后的时间
	cout << "TestFunc1 time:" << end1 - begin1 << endl;
	cout << "TestFunc2 time:" << end2 - begin2 << endl;
}
int main()
{
	TestReturnByRefOrValue();
	return 0;
}

通过上述代码的比较，发现传值和引用在作为传参以及返回值类型上效率相差很大。

9.6 引用和指针的区别

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。

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。

int main()
{
	int a = 10;
	// 语法，ra没有开空间
	int& ra = a;
	ra = 20;
	// 语法，pa开了空间
	int* pa = &a;
	*pa = 20;
	return 0;
}

这里可以验证引用就是变量的别名，没有开空间，语法上这里引用只占一个字节。我们来看下引用和指针的汇编代码对比：

现象：底层上引用和指针的汇编代码一样，引用是按照指针方式来实现的。

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

10. 内联函数

10.1 概念

稍微介绍一下宏：

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 enum
• 2. 短小函数定义换用内联函数

所以C++出现内联函数，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。

如果在上述函数前增加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。

查看方式：

• 1. 在release模式下，查看编译器生成的汇编代码中是否存在call Add
• 2. 在debug模式下，需要对编译器进行设置，否则不会展开(因为debug模式下，编译器默认不 会对代码进行优化，以下给出vs2013的设置方式)

这里就直接展开了，没有call去函数内部。

10.2 特性

1. 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。

2. 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。下图为 《C++prime》第五版关于inline的建议：

3. inline不建议声明和定义分离，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。?

// F.h
#include 
using namespace std;
inline void f(int i);

// F.cpp
#include "F.h"
void f(int i)
{
    cout << i << endl;
}

// main.cpp
#include "F.h"
int main()
{
    f(10);
    return 0;
}

// 链接错误：main.obj : error LNK2019: 无法解析的外部符号 "void __cdecl \
f(int)" (?f@@YAXH@Z)，该符号在函数 _main 中被引用

11. auto关键字(C++11)

11.1 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，但遗憾的 是一直没有人去使用它，大家可思考下为什么？

        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。

int TestAuto()
{
	return 10;
}
int main()
{
	int a = 10;
	auto b = a;
	auto c = 'a';
	auto d = TestAuto();
    //typeid ->输出变量的类型
	cout << typeid(b).name() << endl;
	cout << typeid(c).name() << endl;
	cout << typeid(d).name() << endl;
	//auto e; 无法通过编译，使用auto定义变量时必须对其进行初始化
	return 0;
}

运行结果：

【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。​​​​​​

​​​​​​​11.2 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

#include 
#include 

std::map::iterator 是一个类型，但是该类型太长了，特别容 易写错。聪明的同学可能已经想到：可以通过typedef给类型取别名，比如：

#include 
#include 

使用typedef给类型取别名确实可以简化代码，但是typedef有会遇到新的难题：

在编程时，常常需要把表达式的值赋值给变量，这就要求在声明变量的时候清楚地知道表达式的 类型。然而有时候要做到这点并非那么容易，因此C++11给auto赋予了新的含义。

11.3 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&

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。

11.4 auto不能推导的场景

1. auto不能作为函数的参数

// 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

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。

12. 基于范围的for循环(C++11)

12.1 范围for的语法

在C++98中如果要遍历一个数组，可以按照以下方式进行：

void TestFor()
{
	int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
	for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++i)
		array[i] *= 2;
	for (int* p = array; p < array + sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++p)
		cout << *p << endl;
}

        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。

void TestFor()
{
	int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
	// 依次取数组中的数赋给e
	// 自动判断结束，自动++往后走
	for (auto& e : array)
		e *= 2;
	for (auto e : array)
		cout << e << " ";
}

注意：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。

12.2 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。

2. 迭代的对象要实现++和==的操作。(关于迭代器这个问题，以后会讲，现在提一下，没办法 讲清楚，现在大家了解一下就可以了)

13. 指针空值nullptr(C++11)

13.1 C++98中的指针空值

在良好的C/C++编程习惯中，声明一个变量时最好给该变量一个合适的初始值，否则可能会出现 不可预料的错误，比如未初始化的指针。如果一个指针没有合法的指向，我们基本都是按照如下 方式对其进行初始化：

void TestPtr()
{
    int* p1 = NULL;
    int* p2 = 0;
    // ……
}

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，比如：

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;
}

运行结果：

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。 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。