【C++百宝箱】语法总结：引用 | 内联函数 | auto | 范围for循环

纸上得来终觉浅， 绝知此事要躬行。
主页：June-Frost
专栏：C++入门宝典

本文主要探讨C++的语法，并深入了解C++如何针对C语言中存在的不合理之处进行优化改进。

⌛️ 引用

 在C++中，引用是C语言的重要扩充。在语法层面上，引用是给已存在的变量取了一个别名，对引用的操作与对原变量的操作是完全相同的。编译器不会为引用变量开辟新的内存空间，而是让它和原变量共用同一块内存空间。

 引用被声明为变量的类型，后面跟着一个&符号，表示这是一个引用类型。可以按照type& name = variable的形式来定义一个引用类型。

int main()
{
	int value = 0;
	int& tmp = value; //tmp是value的引用
    
	tmp = 10;//修改tmp的值，value的值也会变为10 

	return 0;
}

注意：引用类型必须和引用实体是同种类型的，否则将会导致编译错误。

✉️ 特性

在前文中，我们提到了引用的概念，现在我们将阐述引用的特性。

• 引用在定义时必须初始化。

 引用需要一个有效的对象，如果不初始化，会在编译时出错。

• 一旦引用一个实体，就不能引用其他实体。

 这个特性是引用与指针的一个主要区别。指针可以在任何时候被重新指向另一个实体，而引用一旦被初始化，就不能改变其引用的实体。

• 一个变量可以有多个引用。

 可以为一个变量创建多个引用，每个引用都是这个变量的别名，也可以对别名继续取别名。

✉️ 常引用

 常引用是C++中引用的一种特殊形式，它在声明时必须在引用前面加上const关键字。常引用的主要目的是为了防止通过引用来修改所引用的变量。

• 权限不能放大，可以平移。

• 权限可以缩小。

  此外，还需要注意一种情况：类型转换。

    double value = 3.14;
	const int& tmp = value;

value是double类型，如果用int& tmp对value进行引用，会出现类型转换。实际上，tmp是引用了一个value产生的临时变量，这个临时变量具有常性，所以必须加上const进行修饰，防止权限扩大。

✉️ 使用场景

 C++的引用在传参和作返回值上具有重要应用价值。

• 传参：

//交换两个值
void Swap(int& value, int& num)
{
	int tmp = value;
	value = num;
	num = value;
}

引用传参有两个价值：① 由于引用相当于别名，所以在函数中可以对引用实体直接操作。②引用没有分配实际的内存空间，可以节省大量的内存空间，提高效率。

• 作返回值

#include
#include

using namespace std;

int& Fun(int* arr, int pos)//传引用返回
{
	assert(arr);
	return arr[pos];
}

int main()
{
	int arr[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9 };
	Fun(arr, 3) = 10; // 数组第4个元素被修改为10
	cout << arr[3] << endl;
	return 0;
}

引用作返回值除了能提高效率外，最重要的是可以通过引用返回来修改返回对象。

注意：
 传引用返回的方式适用于出了函数作用域（栈帧销毁）后，仍然还存在的对象。如果对象一旦出了函数作用域就被销毁，这时候引用返回的对象是未知的，这种情况最好使用传值返回。

✉️ 引用和指针

 从语法角度看，引用自身没有开辟空间，而是与引用对象共用同一块空间。然而，从底层来看，引用的实现需要开辟空间，并且底层是依靠指针实现的。之所以使用方法不同，是因为对引用的封装。

 两者的汇编代码也是非常相似的。

指针和引用的区别：

• 内存分配：语法层面上，引用本身不分配内存空间，它是对已有变量的别名，与被引用变量共享内存空间。而指针变量需要分配内存空间来存储变量的地址。

• 初始化：引用在定义时必须被初始化，指针没有要求。

• 指向：引用一旦初始化后就不能再被改变。而指针可以在任何时候被重新指向一个不同的变量。

• 自增（++）运算：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。

• 没有NULL引用，但有NULL指针。

• 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，64位平台下占8个字节)。

• 有多级指针，但是没有多级引用。

• 访问实体方式不同，指针需要显式解引用，引用则为编译器处理。

 因为引用必须被初始化，还不可以被更改等一些特性，造就了引用相对于指针更安全。

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⌛️ inline内敛函数

 在C语言中，宏是一种预处理指令，它提供了一种方便的宏定义和替换的方式。宏的作用主要是增强代码的复用性，提高性能。例如：一个加法函数就可以被写为#define Add(x,y) ((x)+(y))，这种方式不用创建栈帧，可以提高性能 。但是，宏也有缺点，容易出错，语法细节多，没有类型安全的检查，而且也不方便调试（预编译阶段进行了替换）。

 C++中除了使用const 和 enum 的方式来代替宏之外，还可以使用内联函数。

 用inline修饰的函数就叫做内联函数，内联函数通常是为了提高程序的执行效率而设计的，编译时，C++编译器会在调用内联函数的地方展开，不会开辟栈帧，避免了函数调用的开销，从而提升程序运行的效率。

特性：

 内联函数是一种空间换时间的方式，虽然没有函数调用的开销，但是增加了文件的大小。

 需要注意，内敛函数不可以声明和定义分离。内敛函数的地址是不进入符号表的，如果函数的定义和调用不在同一个文件，在链接环节中，符号表里找不到函数的地址就会报错。因此，编译器需要在编译时能够访问到函数的完整定义，所以建议将内敛函数的定义和声明都写入头文件中。

  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。如果内敛函数较长，或为递归函数，这些请求可能会被编译器忽略。也就是说，是否展开是由编译器决定的。

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⌛️ auto关键字

 在C++中，auto是一个关键字，它用于声明变量的类型。auto关键字可以使编译器根据变量的初始值自动推断其类型。这也就说明了使用auto定义变量时必须对其进行初始化，auto x; //无法通过编译。

 当一个对象的类型较长，使用auto就会很方便。

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&

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 x = 3, y = 4;
	
	auto a = 3.0 , b = 4; //类型不同，会编译失败,

注意：

• auto不可以作函数的参数和返回值，因为编译器无法对形参的实际类型进行推导。auto Fun(auto x) {} //错误使用示例
• auto不能直接用来声明数组，auto arr[] = { 1,2,3 };//错误使用示例 。

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⌛️ 基于范围的for循环

 基于范围的for循环是C++11引入的一种新特性，用于简化对容器（如数组、向量、列表等）中元素的遍历。

语法：
 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。

for (auto element : container)
{  
   // 操作element  
}

#include

using namespace std;

int main()
{
	int arr[] = { 1,2,3,4,5,6 };
	//依次取数组中元素赋值给x

	for (int x : arr)//不会改变数组的值
	{
		cout << x << ' ';
	}
	//自动判断结束，自动++往后走
	cout << endl;

	
	for (int& x : arr)//使用了引用，可以改变数组的值
	{
		x++;//对数组每个元素++
		cout << x << ' ';
	}
	cout << endl;

	return 0;
}

注意：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。

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⌛️ 空指针nullptr

 在C语言中，如果出现了一个未初始化的指针，没有合适的指向一般会赋NULL以防止形成野指针。

 C语言中的NULL实际上是一个宏，被定义为0。在一些特殊的情况下会出问题。例如：

 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。

 在C++11中，将nullptr作为关键字引入，它表示一个空指针。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。

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❤️ 结语

 文章到这里就结束了，如果对你有帮助，你的点赞将会是我的最大动力，如果大家有什么问题或者不同的见解，欢迎大家的留言~