C++入门（二）

原创 于 2022-07-21 17:21:53 发布 · 809 阅读 · 10 ·
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6. 引用

6.1 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；

int main()
{
	int a = 0;

	int& b = a;//引用，不是重新定义了一个变量b而是给变量a重新取了一个别名

	cout << &b << endl;//取地址

	return 0;
}

注意：引用类型必须和引用实体是同种类型的
 
 

6.2 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
  3. 引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体
int main()
{
	int a = 1;//初始化
	int& b = a;
	int& c = a;//多个别名
	int&d = b;//也可以给别名取别名

	int x = 10;
	b = x;//这句代码的意思是，x赋值给b，b不是x的别名
	//因为引用一旦引用了一个实体（a），再不能引用其他实体

	return 0；
}

 
 

6.3 引用场景

//1.做参数——输出型参数
void Swap(int& r1,int& r2)//类似指针  r1就是a的别名，r2就是b的别名
{
	int tmp = r1;
	r1 = r2;
	r2 = tmp;

}

int main()
{
	int a = 0, b = 2;
	Swap(a, b);

	return 0;
}

//1.做参数——大对象传参，提高效率
#include <time.h>

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;
}

int main()
{
	TestRefAndValue();
	return 0;
}

//2.做返回值
int& Count()
{
	static int n = 0；
		n++;
	// ...
	return n;
}

int main()
{

	return 0;
}

传值返回：都会生成一个返回对象拷贝作为函数调用的返回值
传引用返回：返回n的别名 越界了但不会报错 比较侥幸
引用返回的语法含义就是返回返回对象的别名

ret的结果是未定义的，如果栈帧结束时，系统会清理栈帧置成随机值，那么这里的ret的结果就是随机值。

结论：上面的程序使用引用返回的本质是不对的，结果没有保障

总结：
int n = 0；
出了函数的作用域，返回对象就销毁了，那么一定不能用引用返回，要用传值返回。
用static int n = 0；的情况时，就可以用传引用返回。
因为static静态变量不销毁

不能权限放大只能权限平移，可以权限缩小

int main()
{
	int a = 10;
	int& b = a;
	cout << typeid(a).name() <<endl;
	cout << typeid(b).name() << endl;

	// 权限不能放大
	const int c = 20;
	//int& d = c;
	const int& d = c;

	// 权限可以缩小
	int e = 30;
	const int& f = e;
 
  //隐式类型转换

	int ii = 1;
	double dd = ii;
	//double dd = (double)ii;//强制类型转换
 
// 类型转换，并不会改变原变量类型，中间都会产生一个临时变量

	
 //double& rdd = ii;//相当于权限放大
	const double& rdd = ii;//rdd引用的是临时变量,临时变量具有常性

	
 const int& x = 10;//直接引用常量

	return 0;
}

const引用有很强的接受度，用引用尽量用const
如果使用引用传参，函数内如果不改变n，那么建议尽量用const引用传参

 
 

6.4 引用和指针的区别：

指针和引用的用途基本是相似的
使用场景
语法特性及底层原理

指针更强大，更危险，更复杂
引用相对局限，更安全，更简单

语法角度而言，引用没有开空间，指针开了4or8个字节的空间
但从底层角度来看（反汇编），引用底层是用指针实现的。

  1. 引用在定义时必须初始化，指针没有要求 语法特性
  2. 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
  3. 没有NULL引用，但有NULL指针
  4. 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)
  5. 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
  6. 有多级指针，但是没有多级引用
  7. 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
  8. 引用比指针使用起来相对更安全
     
     

7. 内联函数

7.1 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。

短的函数（1-10行）
频繁符调用（10万次）
场景：堆排和快排，排序10w数据，需要用到swap函数

C ：宏函数
C++：inline（对宏函数进行优化）

预处理——替换
宏的优点：代码可维护性、宏函数提高效率，减少栈帧建立
宏的缺点：可读性差（复杂）、没有类型安全的检查、不方便调试
 

#include <iostream>
using namespace std;

//ADD两个变量的宏函数
//预处理——替换
#define ADD(a,b) ((a)+(b))


//符合条件的情况下，在调用的地方展开
inline int ADD(int a, int b)
{
	return a + b;
}


int main()
{
	printf("%d", ADD(1, 2));//((1) + (2))

	if (ADD(1, 2))//if(((1) + (2)))
	{
	}

	ADD(1, 2) * 3;//((1) + (2)) * 3

	int x = 1, y = 2;
	ADD(x | y, x&y);//((x | y) + (x&y))  括号非常重要

	return 0;
}

 

《effective C++》
C++中基本不在建议使用宏，尽量使用 const enum inline去替代宏

 
 

7.2 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、频繁调用的函数
    采用inline修饰，否则编译器会忽略inline特性。

  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

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

 
 

8. auto关键字(C++11)

用来自动推导变量

8.1 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
     

8.2 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，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();
	cout << typeid(b).name() << endl;//int
	cout << typeid(c).name() << endl;//char
	cout << typeid(d).name() << endl;//int
	//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;
}

这种情况其实没必要用auto，适用的情况一般是以下这种：

int main()
{
	int a[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6 };
	//TestFor(a);

	for (int i = 0; i < sizeof(a) / sizeof(int); ++i)
	{
		a[i]++;
	}

	for (int i = 0; i < sizeof(a) / sizeof(int); ++i)
	{
		cout << a[i] << " ";
	}
	cout << endl;

	// 范围for
	// 自动依次取a的数据，赋值给e
	// 自动迭代，自动判断结束
	for (auto& e : a)
	{
		e--;
	}

	for (auto e : a)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	// 类型比较长的时候，auto自动推导
	std::map<std::string, std::string> dict;
	//std::map<std::string, std::string>::iterator it = dict.begin();
	auto it = dict.begin();


	//int x = 10;
	//auto a = &x;  // int*
	//auto* b = &x;  // int* 强调一定要传指针
	//auto& c = x;   // int 强调c是一个引用
	//cout << typeid(a).name() << endl;
	//cout << typeid(b).name() << endl;
	//cout << typeid(c).name() << endl;

	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。
 
 

8.3 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

8.4 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

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。

 
 

9. 基于范围的for循环(C++11)

9.1 范围for的语法

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

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

void TestFor()
{
int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
for(auto& e : array)
e *= 2;
for(auto e : array)
cout << e << " ";
return 0;
}

 

9.2范围for的使用条件

使用范围必须是确定的


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

会报错，因为for的范围不确定。因为于数组而言，就是数组中第一个元素和最后一个元素的范围，但以上代码无法确定begin和end的范围
 
 

10. 指针空值nullptr(C++11)

void f(int)
{
	cout << "f(int)" << endl;
}

void f(int*)
{
	cout << "f(int*)" << endl;
}

int main()
{
	int* p = NULL;
	f(0);
	f(NULL);//int
	f(p);
	//C++ 11 用nullptr关键字去替代NULL
	f(nullptr);//int*

	return 0;
}

 
NULL本质其实是一个宏，在以上代码中NULL就被定义为字面常量0（或者被定义为无类型指针(void*)的常量）所以编译器默认情况下将其看成是一个整形常量，结果就是并没有调用int*而是int

要想使用NULL去代表空指针时，就可以用nullptr关键字去替代

 

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
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