【C++修炼之路】C++入门 探究根源的奥秘 下

新年快乐！祝大家在新的一年里事事顺心、万事如意。书接上回，我们继续讲解C++的基本语法

一、引用

引用是C++里的一大重要语法，他能帮我们实现许多之前C语言无法很方便解决的东西。在讲解应用之前，我们先看下面图片里的人物是谁

大家肯定都知道他，他就是孙悟空，我们也可以叫他齐天大圣、斗战胜佛……这里的我们都知道齐天大圣、斗战胜佛都指的同一个人，在C++中，这样的情况就称为引用

1.1 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。（比如上文的孙悟空、齐天大圣）

它的用法如下：

void TestRef()
{
   int a = 10;
   int& ra = a;//<====定义引用类型
   printf("%p\n", &a);
   printf("%p\n", &ra);
}

需要注意的是：引用类型必须和引用实体是同种类型的，并且引用必须初始化（不然不知道你应用的是谁对吧）

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

void TestRef()
{
  int a = 10;
  // int& ra;   // 该条语句编译时会出错
  int& b = a;
  int& c = a;
  printf("%p  %p  %p\n", &a, &b, &c);  
}

上面的代码意思就是b和c都是a的外号，他们都是指的同一个空间

1.3 常引用

常引用就是const修饰的变量，const修饰以后就不能在后面改变了，所以称为常量

常引用的用法如下：

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;
}

但是这样的是可以的：

void TestConstRef()
{
   int a = 10;
   const int b = a; //该语句编译时不会报错
}

这个就很有意思了，const修饰了b，b又是a的引用，在后面的程序中，b不能改变，a还是可以改变，比如a改变了，a变为15，b也可以变为15，但是不能直接改变b，就好比孙悟空是齐天大圣的时候可以为所欲为，但是他是斗战神佛的时候，就不能为所欲为了（因为有紧箍）

这里我们就可以总结出一个结论：引用的时候可以缩小“权限”，但是不能放大“权限”

1.4 引用的使用场景

1.4.1.做参数

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

1.4.2. 做返回值

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

1.4.3. 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 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。

int main()
{
    int a = 10;
    int& ra = a;
    cout<<"&a = "<<&a<<endl;
    cout<<"&ra = "<<&ra<<endl;
    return 0;
}

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;
}

我们看底层汇编代码的对比：

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) 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

二、内联函数

2.1 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。

2.2 内联函数的特性

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。 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。

三、auto关键字

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

比如以下代码：

#include <string>
#include <map>
int main()
{
    std::map<std::string, std::string> m{ { "apple", "苹果" }, { "orange",
    "橙子" },
    {"pear","梨"} };
    std::map<std::string, std::string>::iterator it = m.begin();
    while (it != m.end())
    {
        //....
    }
    return 0;
}

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

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;
    cout << typeid(c).name() << endl;
    cout << typeid(d).name() << endl;
    //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;
}

3.3 auto的使用细则

3.3.1. 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&

int main()
{
   int x = 10;
   auto a = &x;
   auto* b = &x;
   auto& c = x;
   cout << typeid(a).name() << endl;
   cout << typeid(b).name() << endl;
   cout << typeid(c).name() << endl;
   *a = 20;
   *b = 30;
    c = 40;
   return 0;
}

3.3.2 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

void TestAuto()
{
   auto a = 1, b = 2;
   auto c = 3, d = 4.0;  // 该行代码会编译失败，因为c和d的初始化表达式类型不同
}

3.4 auto不能推导的场景

3.4.1 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)
{}

3.4.2 auto不能直接用来声明数组

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

3.5 基于范围的for循环(C++11)

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。

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

以上就是C++入门的全部内容啦，感谢各位大佬的观看，最后大家别忘了留下你宝贵的三连哈，求求啦~

2025，新的征程开启！愿你像勇士般无畏，向着梦想奋勇前行。无论风雨几何，心中的希望永不熄灭。每一次跌倒都是崛起的序幕，每一滴汗水都会浇灌成功之花。新年快乐，愿收获满满的奇迹。💪