【C++修行之道】引用、内联函数、auto关键字、for循环（C++）、nullptr（C++11）

一、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。 比如：李逵，在家称为"铁牛"，江湖上人称"黑旋风"。

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

1.2 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

1.3 常引用

1.4 使用场景

1. 做参数

2. 做返回值

下面代码输出什么结果？为什么？

注意：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。

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。

1.5.2 值和引用的作为返回值类型的性能比较

通过上述代码的比较，发现传值和指针在作为传参以及返回值类型上效率相差很大。

1.6 练习

权限的平移

权限的方法

权限的放大

权限的缩小

引用和临时变量

1.7 引用和指针的区别

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。

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。

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:

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)

1. 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
2. 有多级指针，但是没有多级引用
3. 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
4. 引用比指针使用起来相对更安全

（注：Java只有引用，存储的是下一个节点的别名，Java的引用可以改变指向）

二、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。

如果在上述函数前增加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。 查看方式：

1. 在release模式下，查看编译器生成的汇编代码中是否存在call Add
2. 在debug模式下，需要对编译器进行设置，否则不会展开(因为debug模式下，编译器默认不会对代码进行优化，以下给出vs2013的设置方式)

2.2 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：

1. 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。

在 F.cpp 文件中定义时没有使用 inline 关键字 这会导致链接器在尝试链接 main.cpp 和 F.cpp 时找不到预期的 inline 函数定义

【面试题】 宏的优缺点？ 优点： 1.增强代码的复用性。 2.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？

1. 常量定义 换用const enum 2. 短小函数定义 换用内联函数

三、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

std::map<std::string, std::string>::iterator 是一个类型，但是该类型太长了，特别容易写错，所以此时可以用auto代替。还有一个解决方法：可以通过typedef给类型取别名，比如：

typedef难题

使用typedef给类型取别名确实可以简化代码，但是typedef有会遇到新的难题：

答：失败，成功

在编程时，常常需要把表达式的值赋值给变量，这就要求在声明变量的时候清楚地知道表达式的 类型。然而有时候要做到这点并非那么容易，因此C++11给auto赋予了新的含义。

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，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。

【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

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&

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。

3.4 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)

4.1 范围for的语法

在C++98中如果要遍历一个数组，可以按照以下方式进行：

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。

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。

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

因为int array[]函数参数实际上是int* array，即一个指向整型的指针，它并不包含数组的大小信息。

2. 迭代的对象要实现++和==的操作。(关于迭代器这个问题，以后会讲，现在提一下，没办法 讲清楚，现在大家了解一下就可以了)

五、指针空值nullptr(C++11)

5.1 C++98中的指针空值

在良好的C/C++编程习惯中，声明一个变量时最好给该变量一个合适的初始值，否则可能会出现 不可预料的错误，比如未初始化的指针。如果一个指针没有合法的指向，我们基本都是按照如下 方式对其进行初始化：

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：

可以看到，NULL可能被定义为字面常量0，或者被定义为无类型指针(void*)的常量。不论采取何 种定义，在使用空值的指针时，都不可避免的会遇到一些麻烦，比如：

程序本意是想通过f(NULL)调用指针版本的f(int*)函数，但是由于NULL被定义成0，因此与程序的 初衷相悖。 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。

今天就先到这了！！！