新手避坑指南：C++ 引用、内联函数与 nullptr 全解析

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前言：

继命名空间、缺省参数等基础内容之后，本篇主要讲述三个核心特性：引用、内联函数与 nullptr。它们是简化代码结构、优化程序性能的重要手段，也是不能轻易理解的知识点，尤其是引用。如何正确使用引用避免权限问题？内联函数的适用场景是什么？为何推荐用 nullptr 替代 NULL？带着这些疑问，本文彻彻底底帮你弄清楚这些概念。

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正文：

一、 引用

1. 引用基础

概念：给已有的变量“新名字”（别名）

使用：类型&引⽤别名=引⽤对象;

案例：在需要传指针的地方，可以用引用代替，不需要调用该指针，让形参就叫别名，改变形参就是改变实参

特性：

• 引用在定义的时候必须初始化
• 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

int a = 10;
int& ra; // 编译报错：“ra”: 必须初始化引⽤ 

 
int& b = a;
int c = 20;
// 这⾥并⾮让b引⽤c，因为C++引⽤不能改变指向， 
// 这⾥是⼀个赋值 

主要应用：

• 函数参数传递
• 函数返回值

引用返回值能不能随便用？

2. 引用返回注意事项：

int& func()
{
int a = 0;
return a;//错的:a是局部的，返回时候已经销毁，类似野指针
}

int& func1(int& ra)
{
ra = 3
return ra;//对的:ra是外部传入的引用，出函数依旧存在
}

3. const 引用规则：

权限可缩小不可放大，仅限制引用本身的访问权限

int main()
{
const int a = 0;
int& ra = a;//错的
const int& ra = a;//对的
//权限放大

//注意分辨：
const int a = 0;
int ra = a;//这是可以的，不是权限放大

int b = 0;
const int& rb = b;//对的 
//权限缩小
//这个地方没有缩小b的权限，b依旧能该改变
b++;//对
rb++;//错
//类比：公共场合，添加一个身份，做不了一些事情（权限缩小）

int& rc = 30;//错
const int& rc = 30;//对
//const引用可以给常量取别名，单纯的引用不可以

//编译器需要⼀个空间暂存表达式的求值结果（中间值）时临时创建的⼀个未命名的对象
int rd = (a+b);//可以对临时对象赋值
int& rd = (a+b);//不可以对临时对象单纯引用（没法修改）
const int& rd = (a+b);//可以用const引用（不修改）

double d = 12.34;
int i = d;//是隐式类型转换，这个过程有临时对象
int& i = d;//不可以
const int& i = d;//可以

//下面介绍一个很好用的东西
//函数模板，T可以是任意类型
template <class T>
void func(T val)
{
//注意看这里传入的T是任意类型
//所以程序员对它进行一个引用（&T val）（防止传入的值太大拷贝成本高）
//这里传常量/临时对象/带有类型转换可以吗？不行
//最终：const &T val,这样子就什么都能传
// 使用const引用可接收：
        // 1. 普通变量
        // 2. 常量
        // 3. 临时对象
        // 4. 类型转换结果
        // 类似void*的通用性
}
return 0;
}

4. 指针和引用的关系与区别

1. 引用不额外开空间，指针是开一个空间来存储地址
2. 引用使用必须初始化，指针不是必须要求的
3. 引用只能初始化一次，不能更改，指针可以更改指向对象
4. 引用可以直接访问对象（别名），指针需要解引用。
5. sizeof（）引用返回的是引用类型的大小，而指针则根据操作系统不一样大小不一样
6. 指针有野指针和空指针的问题，引用很少有

int* ptr = nullptr;
int& rptr = *ptr;
rptr++;

二、inline 和 宏函数

1. 宏函数

1. 在C语言里有通过#define定义的宏函数，为了防止，宏函数的使用往往小心翼翼，要加很多层括号
2. 本质：预编译阶段的文本替换，不是真正的函数调用。
3. 目的：在避免函数调用栈帧开销的同时，实现代码复用（比普通函数更轻量，比内联函数更「强制」替换）。
4. 展示:

//正确
#define ADD(a,b) ((a)+(b))
int main()
{
	int add = ADD(3,2);
	return 0;
}

//错误加分号
#define ADD(a,b) ((a)+(b));
int main()
{
	if (ADD(3, 2) > 0)
	{
		//执行某操作
	}
	return 0;
}

#define ADD(a,b) (a+b)
//错误不加内层括号
int main()
{
	int add = ADD(1 ^ 1, 2 ^ 2);
	//替换以后 =》1^(1+2)^2
	return;
}

#define ADD(a,b) (a)+(b);
//错误外层无括号
int main()
{
	int add = ADD(3,2) * ADD(3,2);
	//替换以后 =》3+(2*3)+2
	return 0;
}

以上是宏函数的使用

2. inline（内联函数）

上面宏函数都二条提到了内联函数，inline是一个关键字，他所修饰的函数称之为内联函数，上文提到宏函数是为减少函数栈帧的开销，inline也有这个作用

• 内联函数有什么用？
  内联函数是一个类似”宏函数“的 函数 ，不同于宏函数，内联函数是在函数内部计算以后返回值，有的朋友要说：函数不都这样吗？其实不然，内联函数的本质是把函数的独立栈帧省略掉，直接使用调用者的栈帧。
  这里插入栈帧的概念：

栈帧（也叫「活动记录」）是程序运行时，栈内存中为单个函数调用分配的一块独立内存区域，用于存储该函数的：

• 局部变量
• 函数参数
• 返回地址（函数执行完后要回到调用者的哪一行代码）
• 栈基址（EBP/RBP 寄存器，用于定位栈帧内的变量）
• 临时数据（比如表达式计算的中间结果）
• 程序的调用栈（Call Stack）就是由多个嵌套的栈帧组成的，比如 main() 调用 funcA()，funcA() 又调用 funcB()，栈中会依次压入：main 栈帧 → funcA 栈帧 → funcB 栈帧（栈顶）。

比如说：在main函数中调用一个inline int add（）的函数，如果去掉inline，他会创建栈帧；而加上inline变为内联函数以后就在main函数的栈帧上创建自己的栈帧，省去了跳转等操作，简单了许多

当函数 A 调用函数 B 时：

• 函数 A 是「调用者（Caller）」，它的栈帧就是「调用者的栈帧」；
• 函数 B 是「被调用者（Callee）」，它的栈帧就是「被调用者的栈帧」。
  「调用者的栈帧」就是发起调用的那个函数在栈上的内存区域，在函数调用过程中，它会暂时被「被调用者的栈帧」覆盖（栈顶偏移），但调用结束后，CPU 会回到调用者的栈帧继续执行。

那内联函数好处这么多，能不能所有函数都直接前面加inline使其变成内联函数呢？
答案是 不可以 ，因为内联函数还是在调用者的内部把函数展开了，有点类似与你没有使用函数，而是直接给函数内部的代码 粘贴 到了原函数处，这大大增加了可执行文件的内存占用量。
除此之外，内联函数还有很重要的一个缺点：声明和定义不能分离在两个文件中，会导致链接失败。
值得注意的一点是，在有些编译器（如vs2022）中，并非程序员添加inline他就变成了内联函数，这得编译器的心情（其实就是debug下，编译器会识别内联函数的代码量，如果代码量很大，就不会展开函数，而是作为一般函数调用）
如果想要调试的话，按照下方的操作可以在debug模式下调试：

• 菜单栏 - 项目 - 属性
  
  

三、 nullptr

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

• 也就是说，在C++里面NULL，被定义为了0，是一个int类型。
• C++11中引⼊nullptr，nullptr是⼀个特殊的关键字，nullptr是⼀种特殊类型的字⾯量，它可以转换成任意其他类型的指针类型。使⽤nullptr定义空指针可以避免类型转换的问题，因为nullptr只能被隐式地转换为指针类型，⽽不能被转换为整数类型。

从此以后，C++里面的空指针使用nullptr，不使用NULL。

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• 本节完…