初始C++（下）-- 引用、内联函数、auto关键字、基于范围的for循环、空指针nullptr
目录
一、引用
1、概念
2、使用
3、引用的特征
3.1 引用在定义时必须初始化
3.2 一个变量可以有多个引用
3.3 引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体（不能改变引用的指向）
4、 常引用
4.1、 权限的平移
4.2 权限的缩小
4.3、隐式类型转换，类型截断、提升，显式类型转换(强转)
5、使用的场景
5.1、做参数
5.2、 做返回值
1、 传值返回
2、传引用返回
3、函数重复调用两次
编辑编辑
4、解决办法
6、引用和指针的区别
二、内联函数
1、引入 -- 宏
2、概念
3、特征
三、auto关键字
1、简介
2、auto的使用
3、auto不能推导的场景
四、基于范围的for循环(C++11)
1、范围for的语法
2、范围for的使用条件
五、指针空值nullptr(C++11)
一、引用
1、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"。
2、使用
类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体（这里的&就不是取地址的符号'&'）
注意：引用类型必须和引用实体是同种类型的
int main()
{int a = 1;int b = a;int& c = a;//<====定义引用类型int& d = a;//<====定义引用类型int& e = c;//<====定义引用类型cout << c << endl;cout << d << endl;cout << e << endl;return 0;
}
引用变量和引用的变量共用一块地址空间
int main()
{int a = 1;int b = a;int& c = a;//<====定义引用类型int& d = a;//<====定义引用类型int& e = c;//<====定义引用类型cout << &c << endl;cout << &d << endl;cout << &e << endl;return 0;
}
3、引用的特征
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（不能改变引用的指向）
3.1 引用在定义时必须初始化
3.2 一个变量可以有多个引用
3.3 引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体（不能改变引用的指向）
4、 常引用
4.1、 权限的平移
int main()
{const int a = 10;//这种做法会扩大b的权限int& b = a;//这种做法使得b的权限跟a的权限都是只读权限，这种做法就叫做常引用const int& b = a;//这种做法只是将a赋值给c，c里面存储的是a的值。然而c的修改并不会影响aint c = a;return 0;
}在上面的代码中，首先定义了个整形变量a并初始化，接着用const进行修饰。这样a的权限就变成可读不可写。此时我们再创建引用变量b引用a，就相当于扩大了b的只读权限。
所以我们只需要在引用变量前加const修饰即可，这样就做到了权限的平移。
4.2 权限的缩小
//权限可以被缩小int c = 10;const int& d = c;c是int类型的常量，常量是具有只读性。此时如果想要引用c，那就必须要在引用前加const进行修饰。这就使得原本引用变量d的权限从可读可写缩小为可读不可写。
4.3、隐式类型转换，类型截断、提升，显式类型转换(强转)
int i = 10;
double j = i;double& j = i;const double& j = i;
当变量发生隐式类型转换，类型截断、提升，显式类型转换(强转)的时候会产生一个临时变量来存储结果，然后对这个临时变量进行操作(一个临时变量是具有常属性)。所以如果要对发生类型转换后的变量(具有常属性)进行引用，就需要用const进行修饰。
5、使用的场景
5.1、做参数
void Swap(int& left, int& right)
{int temp = left;left = right;right = temp;
}在函数中使用引用做参数，特别是在两个值互相交换的场景中。函数的实参就不用传地址，函数的形参也不用指针接受，函数内部更不用对指针进行解引用。
5.2、 做返回值
1、 传值返回
//传值作返回值
int Add(int a, int b)
{int c = a + b;return c;
}int main()
{int ret = Add(1, 2);cout << "Add(1, 2) is :" << ret << endl;Add(3, 4);cout << "Add(3, 4) is :" << ret << endl;return 0;
}
- 使用传值返回时，当调用的函数结束后，编译器会销毁为其开辟的栈帧并创建一个临时变量作为返回值返回给接收变量ret。
- 但美中不足的是如果要返回的值不是int类型等等，而是数组，结构体之类的数据。那创建临时变量就会消耗大量时间且创建的临时变量不止一个。
2、传引用返回
- 传引用返回，首先得注意使用的是32位还是64位的版本运行，如果是X64的环境输出的结果是随机值，而X86环境下输出的则是准确的值。
- 其次，在以引用做返回值的函数的返回值是不确定的。
- 因为在main函数中调用完Add函数后，Add函数所在的空间会被系统收回，函数里面定义的变量也会被销毁。
- 但变量c作为Add函数的返回值并且main函数中的ret接收到的是以变量c的别名作为返回值。
- 由于Add函数调用完后系统回收的是为其开辟的空间，而Add函数所建立的栈帧并不确定是否被回收。如果被回收，函数的返回值将是随机值；如果没被回收，函数的返回值不变!
- 但在不同的编译器下，系统回收栈帧的情况也会不同。我现在用的是Vs2022，那Vs2022的编译器就没有回收函数的栈帧。
3、函数重复调用两次
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。
4、解决办法
传引用返回，引用的对象最好是全局变量，静态变量或者是动态内存开辟，这样才能保证返回值的有效。
当使用static来解决问题时，要记得将初始化和赋值分开
两种写法，返回值也会有所不同
第一种写法静态变量将声明和定义一起实现，但后续调用函数由于该语句已被static修饰，所以不会被执行；
第二种写法静态变量的声明和定义分开实现，所以第一次调用的结果是3，第二次调用的结果是7。
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。
但是在日常的学习中还是以上层的语法为准，不要将上层语法与底层汇编语言弄混淆！！
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
二、内联函数
1、引入 -- 宏
宏的优点：
- 增强代码的复用性。
- 提高性能。
宏的缺点：
- 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、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。
3、特征
- 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。
- 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。
在链接过程中，由于inline函数已经展开，导致inline函数的地址不会出现在test.cpp的符号表中。所以编译器找不到该函数的地址就无法链接成功。
所以，使用inline函数时最好将定义和声明放在同一文件中。
三、auto关键字
1、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;
}
【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。
2、auto的使用
- 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&。
//auto的意义在于：定义对象时，类型较长，用其较为方便
int main()
{int x = 10;auto a = &x;auto d = x;auto* b = &x;auto& c = x;//auto e;cout << typeid(a).name() << endl;cout << typeid(d).name() << endl;cout << typeid(b).name() << endl;cout << typeid(c).name() << endl;return 0;
}
- 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、auto不能推导的场景
1. auto不能作为函数的参数且不能作为函数的返回值
// 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。
四、基于范围的for循环(C++11)
在C++98中如果要遍历一个数组，可以按照以下方式进行：
void TestFor()
{int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++i)array[i] *= 2;for (int* p = array; p < array + sizeof(array)/ sizeof(array[0]); ++p)cout << *p << endl;
}
1、范围for的语法
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。
不修改被迭代范围内的值：
int main()
{//也可以用int做参数类型，但是不能修改数组内部的值//for(int e : array)for (auto e : array){e *= 2;cout << e << " ";}cout << endl;for (auto e : array)cout << e << " ";return 0;
}
修改被迭代范围内的值：
int main()
{//也可以用int做参数类型，但是不能修改数组内部的值//for(int e : array)for (auto& e : array){e *= 2;cout << e << " ";}cout << endl;for (auto e : array)cout << e << " ";return 0;
}
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。
由于被迭代的内容是int类型的，但不能用指针来进行修改，只能用引用
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
void TestFor(int array[])
{for(auto& e : array)cout<< e <<endl;
}2. 迭代的对象要实现++和==的操作。
五、指针空值nullptr(C++11)
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：
void f(int)
{cout<<"f(int)"<<endl;
}void f(int*)
{cout<<"f(int*)"<<endl;
}int main()
{f(0);f(NULL);f((int*)NULL);return 0;
}
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：
- 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。
- 在C++11中，sizeof(nullptr) 与 sizeof((void*)0)所占的字节数相同。
- 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。
C++入门的知识就讲解到这，下篇文章就要开始将面向对象的篇章了！！！