【C++】C++入门（下）——有C语言基础的C++学习
C++入门（下）
- 一、引用
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- 1.引用的概念
- 2.引用的定义
- 3.引用特性
- 4.常引用
- 5.使用场景
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- 做参数
- 做返回值
- 6.引用的作用
- 7.引用与指针的区别
- 二、内联函数
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- 1.概念
- 2.特性
- 三、auto关键字（C++11）
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- 1.简介
- 2.auto的使用细则
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- auto与指针和引用结合起来使用
- 在同一行定义多个变量
- 3.auto不能推导的场景
- 四、基于范围的for循环(C++11)
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- 1.使用方法
- 2.使用条件
- C++98中的指针空值
一、引用
1.引用的概念
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"。
图片来源自网络
2.引用的定义
类型& 引用变量名(或者对象名)=引用实体；
如：
int a = 10;//被引用的实体
int& pa = a;//引用的定义
注意：引用类型必须和引用实体是同种类型的。
3.引用特性
- 引用在定义时必须初始化
- 一个变量可以有多个引用
- 引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体
void TestRef()
{
int a = 10;
// int& ra; // 该条语句编译时会出错
int& ra = a;
int& rra = a;
printf("%p %p %p\n", &a, &ra, &rra);
}
4.常引用
在引用的定义前面加上const关键字，构成常引用。常引用经常在函数参数中使用，它可以提高程序的效率，同时又保证了数据的安全性，因为常引用所引用的对象是只读的，不能被修改。
如：
void TestConstRef()
{
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;
double d = 12.34;
//int& rd = d; // 该语句编译时会出错，类型不同
const int& rd = d;
}
5.使用场景
做参数
void Swap(int& left, int& right)
{
int temp = left;
left = right;
right = temp;
}
做返回值
int& Count()
{
static int n = 0;
n++;
// ...
return n;
}
注意：做返回值时不能将函数中的临时变量返回。即如果函数返回时，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
6.引用的作用
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。
使用引用就可以很好的避免这个问题，将效率大大提高。
7.引用与指针的区别
（1） 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;
cout<<"&ra = "<<&ra<<endl;
return 0;
}
（2） 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;
int& ra = a;
ra = 20;
int* pa = &a;
*pa = 20;
return 0;
}
我们来看下引用和指针的汇编代码对比：
引用和指针的不同点:
- 引用概念上定义一个变量的别名，指针存储一个变量地址。
- 引用在定义时必须初始化，指针没有要求
- 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
- 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) - 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
- 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，引用编译器自己处理
- 引用比指针使用起来相对更安全
二、内联函数
1.概念
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。
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不能声明和定义分离，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。
【 面试题】
宏的优缺点？
优点：
- 增强代码的复用性。
- 提高性能。
缺点：
- 不方便调试宏。（因为预编译阶段进行了替换）
- 导致代码可读性差，可维护性差，容易误用。
- 没有类型安全的检查 。
C++有哪些技术替代宏？
- 常量定义 换用const enum
- 短小函数定义 换用内联函数
三、auto关键字（C++11）
1.简介
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。
如：
int TestAuto()
{
return 10;
}
int main()
{
int a = 10;
auto b = a;
auto c = 'a';
auto d = TestAuto();
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;
}
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.auto的使用细则
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&。
int main()
{
int x = 10;
auto a = &x;
auto* b = &x;
auto& c = x;
cout << typeid(a).name() << endl;
cout << typeid(b).name() << endl;
cout << typeid(c).name() << endl;
*a = 20;
*b = 30;
c = 40;
return 0;
}
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
}
3.auto不能推导的场景
（1） auto不能作为函数的参数
（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
四、基于范围的for循环(C++11)
1.使用方法
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 };
for(auto& e : array)
e *= 2;
for(auto e : array)
cout << e << " ";
return 0;
}
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。
2.使用条件
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
void TestFor(int array[])
{
for(auto& e : array)
cout<< e <<endl;
}
C++98中的指针空值
我们在C语言中对指针置空时常用NULL，
而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
这里NULL有可能定义为字面常量0，或者被定义为无类型指针(void*)的常量，不管怎样都会造成一些麻烦。
所以，建议在C++中使用nullptr
- 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。
- 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。**