【C++初阶】C++基础（下）——引用、内联函数、auto关键字、基于范围的for循环、指针空值nullptr

待我称王封你为后i 2023-10-14 07:52 11阅读 0赞

**目录**

1. 引用

1.1 引用概念

1.2 引用特性

1.3 常引用

1.4 使用场景

1.5 传值、传引用效率比较

1.6 引用和指针的区别

2. 内联函数

2.1 概念

2.2 特性

3.auto关键字（C++11）

3.1 类型别名思考

3.2 auto简介

3.3 auto的使用细则

3.4 auto不能推导的场景

4. 基于范围的for循环（C++11）

4.1 范围for的语法

4.2 范围for的使用条件

5. 指针空值nullptr（C++11）

5.1 C++98中的指针空值

--------------------

**❀❀❀**没有坚持的努力，本质上并没有多大的意义。

--------------------

## 1. 引用 ##

### 1.1 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。**

> **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**）**

![bca16771bb2949c0b49a42f20126a6e8.png][]

> b叫做a的引用，b也可以叫做a的别名（abcd四个，只要有一个发生变化，其余都发生变化）

> **应用1**：
> 
>     void Swap(int& a, int& b)
>     {
>     	int tmp = a;
>     	a = b;
>     	b = tmp;
>     }
> 
> 数据进行交换，可以不用传指针，可以用引用

> **应用2**：
> 
>     #include <iostream>
>     
>     typedef struct ListNode
>     {
>     	int val;
>     	struct ListNode* next;
>     }LTNode;
>     
>     void LTPushBack_C(LTNode** pphead, int x)
>     {
>     	//C语言，单链表尾插需要传结构体的二级指针，因为需要改变首部地址
>     }
>     
>     void LTPushBack_CPP(LTNode*& phead, int x)
>     {
>     	//C++中，用引用，仅仅需要传结构体地址
>     }
>     
>     int main()
>     {
>     	LTNode* plist = NULL;
>     	//初始化
>     	LTPushBack_C(&plist, 1);
>     	LTPushBack_CPP(plist, 1);
>     	return 0;
>     }
> 
> 也可以引用指针类型的
> 
> 注意：
> 
>     typedef struct ListNode
>     {
>     	int val;
>     	struct ListNode* next;
>     }LTNode,*PLTNode;
>     
>     void LTPushBack_CPP(LTNode*& phead, int x)
>     {
>     	//C++中，用引用，仅仅需要传结构体地址
>     }
>     //这两个等同
>     void LTPushBack_CPP(PLTNode& phead, int x)
>     {
>     	//C++中，用引用，仅仅需要传结构体地址
>     }

### 1.2 引用特性 ###

代码展示：

#include <iostream>
    
    int main()
    {
    
    	int a = 10;
    	int& b = a;
    	int& c = a;
    	int& d = b;
    	//一个变量可以多次引用
    	int& e;//代码运行到这里会报错，因为引用在定义时必须初始化
    	int m = 2;
    	b = m;//b在前面已经引用了a，在这里并不是成为m的别名，而是把m的值赋值给b，然后此时abcd的值都是2
    	return 0;
    }

> 1.  引用在 **定义时必须初始化** 
> 
> 2.  一个变量可以有多个引用 
> 
> 3.  引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体

### 1.3 常引用 ###

> **const修饰的变量，只能读不能写**（这里的权限，指的是读和写）
> 
>     #include <iostream>
>     
>     int main()
>     {
>     	int a = 0;
>     	int& b = a;//权限不变
>     
>     	const int c = 2;
>     	int& d = c;//这里是错误的，权限不能被放大
>     
>     	const int x = 3;
>     	const int& y = x;//这里是可以的，权限不变
>     
>     	int m = 6;
>     	const int& n = m;//这里是可以的，权限缩小
>     	return 0;
>     }
> 
> 取别名原则：对于引用类型，权限只能缩小，不能放大

> 临时变量具有常性
> 
>     #include <iostream>
>     
>     int main()
>     {
>     	int a = 10;
>     	int& b = a;
>     
>     	const int& c = 20;//常量也可以取别名
>     
>     	double d = 15.3;
>     	int f = d;//在这里，相当于f把自己的整数部分给一个临时变量，临时变量把值赋给f（临时变量具有常性）
>     	const int& e = d;//这里的e不是d的引用，而是临时变量的引用
>     	return 0;
>     }
> 
> ![64e6106ecdb94fafb9e3523e5142fc1a.png][]

### 1.4 使用场景 ###

（1）做参数

void Swap(int& a, int& b)
    {
    	int tmp = a;
    	a = b;
    	b = tmp;
    }

可以不用传指针

（2）做返回值

> **代码1展示：（传值返回）**
> 
>     #include <iostream>
>     
>     int Count()
>     {
>     	int n = 0;
>     	n++;
>     	return n;
>     }//n出了这个函数就被销毁了，所以是赋值给临时变量的
>     int main()
>     {
>     	int ret = Count();
>     
>     	return 0;
>     }
> 
> 函数返回过程，把返回的值n给一个临时变量，临时变量的类型就是函数类型（上述代码的int），临时变量再把值赋给主函数的ret。（临时变量即有一个拷贝）

> **代码2展示：（传引用拷贝）**
> 
>     #include <iostream>
>     int& Count()
>     {
>     	static int n = 0;//static不能去掉，如果去掉，就会涉及出现越界问题（因为空间被系统回收）
>     	n++;
>     	return n;
>     }//返回int&，说明有一个临时引用是int&类型，临时引用是n的别名
>     int main()
>     {
>     	int& ret = Count();//ret是临时引用的别名，
>     	return 0;
>     }
> 
> 没有拷贝，效率高

> **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。(否则会出现越界问题）**

注意：

#include <iostream>
    int Count()
    {
    	int n = 0;
    	n++;
    	return n;
    }
    int main()
    {
    	const int& ret = Count();//因为是临时变量的别名，临时变量具有常性
    	return 0;
    }

### 1.5 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。（传地址和传引用是差不多的）

**传值和传引用在作为传参以及返回值类型上效率相差很大** 。

### 1.6 引用和指针的区别 ###

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**

> 语法的角度：引用是一个别名，没有额外开空间，指针存储的是地址，需要开一个4/8字节的空间；但是从底层的角度，是一样的方式实现的（汇编代码是一致的）

## 2. 内联函数 ##

### 2.1 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。**

在函数前**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**。

> 知识复习：写一个ADD的宏

> inline存在的意义：（1）解决宏函数晦涩难懂、容易写错（2）宏不支持调试
> 
> 优点：（1）debug支持调试（2）不易写错，就是普通函数的写法(3)提升程序的效率

### 2.2 特性 ###

1. inline 是一种 **以空间换时间** 的做法，省去调用函数额开销。所以 **代码很长（大于10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。

3. inline **不建议声明和定义分离** （头文件中，两个都写），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。

> **知识点** ：
> 
> **宏的优缺点？** 
> 
> 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 
> 
> 2.  函数定义 换用内联函数

## 3.auto关键字（C++11） ##

### 3.1 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**

![95597189f468403e83c8f10eaaef08c1.png][]

auto可以自动定义类型，根据等号后面的变量

> C++中，**typeid(A).name()**;可以知道A的类型是什么

### 3.2 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**

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** 。

> **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** 。

### 3.3 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** **&**

（**auto\*定义的必须是指针类型**）

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** 。

> auto意义之一：类型很长时，懒得写，可以让他自动推导。

### 3.4 auto不能推导的场景 ###

1.  **auto** **不能作为函数的参数以及函数的返回值**

// 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**

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

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。

## 4. 基于范围的for循环（C++11） ##

### 4.1 范围for的语法 ###

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 };
    	//加&的原因是e是array内容的拷贝，所以改变e不是改变array里面的内容
    	for (auto& e : array)
    	{
    		e *= 2;
    	}
    	//范围for，依次自动取arrar中的数据，赋值给e，自动判断结束
    	for (auto e : array)//这里写int也可以
    	{
    		cout << e << " ";
    	}
    }

**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** 。

### 4.2 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

void TestFor(int array[])
    {
     for(auto& e : array)
     cout<< e <<endl;
    }

这里的array是数组的首元素的地址，所以范围不定

2.  **迭代的对象要实现** **++** **和** **==** **的操作** 。

## 5. 指针空值nullptr（C++11） ##

### 5.1 C++98中的指针空值 ###

//指针初始化
    	int* p1 = NULL;
    	int* p2 = 0;
    	int* p3 = nullptr;//建议用这一种

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** **。**

[bca16771bb2949c0b49a42f20126a6e8.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/bca16771bb2949c0b49a42f20126a6e8.png
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