【c++】内联-引用-重载

用户10925563

发布于 2024-06-04 13:21:09

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1.【c++】内联函数

1.1 背景

我们在使用宏的时候，需要特别注意，因为宏是直接替换的，由于运算符优先级不同，很容易导致计算的失误，在c++中，我们很少使用宏，更多的使用内联函数

1.2 内联函数的概念

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：

在release模式下，查看编译器生成的汇编代码中是否存在call Add
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vs2019为例

1.3 内联函数的特性

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
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：

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

1.4 宏和内联的小知识

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

2.【c++】引用

2.1 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"

类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体；

#include<iostream>
using namespace std;
void TestRef()
{
	int a = 10;
	int& ra = a;//<====定义引用类型
	printf("%p\n", &a);
	printf("%p\n", &ra);
}
int main()
{
	TestRef();
}

注意：引用类型必须和引用实体是同种类型的

2.2 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);  
}

2.3 常引用

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;
}

2.4 使用场景

1. 做参数

void Swap(int& left, int& right)
{
   int temp = left;
   left = right;
   right = temp;
}

2. 做返回值

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

下面代码输出什么结果？为什么？

int& Add(int a, int b)
{
    int c = a + b;
    return c;
}
int main()
{
    int& ret = Add(1, 2);
    Add(3, 4);
    cout << "Add(1, 2) is :"<< ret <<endl;
    return 0;
}

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

2.5 传值、传引用

1.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

#include<iostream>
#include <time.h>
using namespace std;
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;
}

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

2.6 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

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

语法上区别

引用是别名，不开空间；指针是地址，需要开辟空间存地址
引用必须初始化，指针无要求
引用不能改变指向，指针可以
引用相对更安全，没有空引用，但是有空指针；容易出现野指针，但是不容易出现野引用

底层区别

汇编层面上，没有引用，都是指针，引用编译后也转换成指针了

3.【c++】函数重载

自然语言中，一个词可以有多重含义，人们可以通过上下文来判断该词真实的含义，即该词被重载

比如：以前有一个笑话，国有两个体育项目大家根本不用看，也不用担心。一个是乒乓球，一个是男足。前者是“谁也赢不了！”，后者是“谁也赢不了！”

3.1 函数重载概念

函数重载：是函数的一种特殊情况，C++允许在同一作用域中声明几个功能类似的同名函数，这些同名函数的形参列表(参数个数或类型或类型顺序)不同，常用来处理实现功能类似数据类型不同的问题

#include<iostream>
using namespace std;
// 1、参数类型不同
int Add(int left, int right)
{
    cout << "int Add(int left, int right)" << endl;
    return left + right;
}
double Add(double left, double right)
{
    cout << "double Add(double left, double right)" << endl;
    return left + right;
}
// 2、参数个数不同
void f()
{
    cout << "f()" << endl;
}
void f(int a)
{
    cout << "f(int a)" << endl;
}
// 3、参数类型顺序不同
void f(int a, char b)
{
 cout << "f(int a,char b)" << endl;
}
void f(char b, int a)
{
 cout << "f(char b, int a)" << endl;
}
int main()
{
    Add(10, 20);
    Add(10.1, 20.2);
    f();
    f(10);
    f(10, 'a');
    f('a', 10);
    return 0;
}