c++入门的基础知识

c++入门

C++是在C的基础之上，容纳进去了面向对象编程思想，并增加了许多有用的库，以及编程范式等。熟悉C语言之后，对C++学习有一定的帮助，本章节主要目标：

  1. 补充C语言语法的不足，以及C++是如何对C语言设计不合理的地方进行优化的，比如：作用域方面、IO方面、函数方面、指针方面、宏方面等。

  2. 为后续类和对象学习打基础

1. C++关键字(C++98)

C++总计63个关键字，C语言32个关键字

ps：下面我们只是看一下C++有多少关键字，不对关键字进行具体的讲解。后面我们学到以后再细讲。

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2.命名空间

在C/C++中，变量、函数和后面要学到的类都是大量存在的，这些变量、函数和类的名称将都存在于全局作用域中，可能会导致很多冲突。使用命名空间的目的是对标识符的名称进行本地化，以避免命名冲突或名字污染，namespace关键字的出现就是针对这种问题

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int rand = 10;
// C语言没办法解决类似这样的命名冲突问题，所以C++提出了namespace来解决
int main()
{printf("%d\n", rand);
return 0;
}
// 编译后后报错：error C2365: “rand”: 重定义；以前的定义是“函数”

2.1命名空间定义

定义命名空间，需要使用到**namespace关键字，后面跟命名空间的名字，然后接一对{}**即可，{}中即为命名空间的成员。

// 1. 正常的命名空间定义
namespace bit
{// 命名空间中可以定义变量/函数/类型int rand = 10;int Add(int left, int right){return left + right;}struct Node{struct Node* next;int val;};
}
//2. 命名空间可以嵌套
// test.cpp
namespace N1
{int a;int b;int Add(int left, int right){return left + right;}namespace N2{int c;int d;int Sub(int left, int right){return left - right;}}
}
//3. 同一个工程中允许存在多个相同名称的命名空间,编译器最后会合成同一个命名空间中。
// ps：一个工程中的test.h和上面test.cpp中两个N1会被合并成一个
// test.h
namespace N1
{int Mul(int left, int right){return left * right;}
}

注意：一个命名空间就定义了一个新的作用域，命名空间中的所有内容都局限于该命名空间中

2.2命名空间的使用

命名空间中成员该如何使用呢？比如：

namespace bit
{// 命名空间中可以定义变量/函数/类型int a = 0;int b = 1;int Add(int left, int right){return left + right;}struct Node{struct Node* next;int val;};
}int main()
{// 编译报错：error C2065: “a”: 未声明的标识符printf("%d\n", a);return 0;
}

命名空间的使用有三种方式：

  • 加命名空间名称及作用域限定符
int main()
{printf("%d\n", N::a);return 0;    
}
  • 使用using将命名空间中某个成员引入
using N::b;
int main()
{printf("%d\n", N::a);printf("%d\n", b);return 0;    
}
  • 使用using namespace命名空间名称 引入
using namespce N;
int main()
{printf("%d\n", N::a);printf("%d\n", b);Add(10, 20);return 0;    
}

3. C++输入&输出

#include<iostream>
// std是C++标准库的命名空间名，C++将标准库的定义实现都放到这个命名空间中
using namespace std;
int main()
{cout<<"Hello world!!!"<<endl;return 0;
}

说明：

  1. 使用cout标准输出对象(控制台)和cin标准输入对象(键盘)时，必须包含< iostream >头文件以及按命名空间使用方法使用std。

  2. cout和cin是全局的流对象，endl是特殊的C++符号，表示换行输出，他们都包含在包含< iostream >头文件中。

  3. <<是流插入运算符，>>是流提取运算符。

  4. 使用C++输入输出更方便，不需要像printf/scanf输入输出时那样，需要手动控制格式。C++的输入输出可以自动识别变量类型。

  5. 实际上cout和cin分别是ostream和istream类型的对象，>>和<<也涉及运算符重载等知识，这些知识我们我们后续才会学习，所以我们这里只是简单学习他们的使用。后面我们还有有一个章节更深入的学习IO流用法及原理。

注意：早期标准库将所有功能在全局域中实现，声明在.h后缀的头文件中，使用时只需包含对应头文件即可，后来将其实现在std命名空间下，为了和C头文件区分，也为了正确使用命名空间，规定C++头文件不带.h；旧编译器(vc 6.0)中还支持<iostream.h>格式，后续编译器已不支持，因此推荐使用+std的方式

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{int a;double b;char c;// 可以自动识别变量的类型cin>>a;cin>>b>>c;cout<<a<<endl;cout<<b<<" "<<c<<endl;return 0;
}// ps：关于cout和cin还有很多更复杂的用法，比如控制浮点数输出精度，控制整形输出进制格式等等。因为C++兼容C语言的用法，这些又用得不是很多，我们这里就不展开学习了。后续如果有需要，我们再配合文档学习。

std命名空间的使用惯例：

std是C++标准库的命名空间，如何展开std使用更合理呢？

  1. 在日常练习中，建议直接using namespace std即可，这样就很方便。

  2. using namespace std展开，标准库就全部暴露出来了，如果我们定义跟库重名的类型/对象/函数，就存在冲突问题。该问题在日常练习中很少出现，但是项目开发中代码较多、规模大，就很容易出现。所以建议在项目开发中使用，像std::cout这样使用时指定命名空间 + using std::cout展开常用的库对象/类型等方式。

// 常用的库里面的一些对象或类型可以展开出来
// 工程项目中推荐使用这种解决方案
using std::cout;
using std::endl;int main()
{cout << "hello world" << endl;int i = 1;double d = 1.11;// cin没有展开。要指定是std库std::cin >> i >> d; // 给i输入值 再给d输入值cout << i << " " << d << endl;return 0;
}

4. 缺省参数

4.1缺省参数概念

缺省参数是声明或定义函数时为函数的参数指定一个缺省值。在调用该函数时，如果没有指定实参则采用该形参的缺省值，否则使用指定的实参。

# include<iostream>
using namespace std;void Func(int a = 0)
{cout << a << endl;
}// 缺省参数
int main()
{// 当我们没有给其传参时，函数种调用的就是缺省参数 简单来说这个缺省参数就是备胎Func(); // 0Func(10); // 10return 0;
}

4.2缺省参数分类

  • 全缺省参数
# include<iostream>
using namespace std;// 全缺省参数
void Func(int a = 10, int b = 20, int c = 30)
{cout << "a = " << a << endl;cout << "b = " << b << endl;cout << "c = " << c << endl;
}// 缺省参数
int main()
{Func(); //a = 10//b = 20//c = 30Func(1);Func(1, 2);Func(1, 2, 3);return 0;
}

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  • 半缺省参数
// 半缺省参数 (部分参数缺省)
// 必须是从右往左连续缺省
void Func2(int a, int b = 20, int c = 30)
{cout << "a = " << a << endl;cout << "b = " << b << endl;cout << "c = " << c << endl;
}// 缺省参数
int main()
{// 半缺省// 传参数必须是传从左往右依次传参数,不能空缺Func2(1); // 没有缺省的那个参数必须要传Func2(1, 2);Func2(1, 2, 3);return 0;
}

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5.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，即该词被重载了。

5.1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。

// 函数重载, 函数名字相同，参数不同（类型，个数，顺序）
#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);Add(10L, 20L);// 加L是为了让编译器识别是long类型的实参f();f(10);f(10, 'a');f('a', 10);return 0;
}

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要注意的是：

// 返回值不同，无法构成重载
void Func1()
{
}int Func1()
{return 1;
}

5.2c++支持函数重载的原理——名字修饰(name Mangling)

为什么C++支持函数重载，而C语言不支持函数重载呢？

在C/C++中，一个程序要运行起来，需要经历以下几个阶段：预处理、编译、汇编、链接。

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我们知道test.c 和 list.c 会生成两个.o目标文件，是由链接这个步骤才能链接到一起的。

而两个.o目标文件中都是汇编语言。

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而test.o文件中我们会去call main函数 main函数中又调用了函数，汇编语言就是去call这个函数的地址，但是test.o文件只有函数的声明没有函数的实现。

函数的定义存在于list.o文件中，在链接过程中会把两个目标文件链接起来，因此就能在list.o文件中找到函数的地址，返回给test.o文件的？处。

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那么在C语言中，为什么不支持重载呢，因为在gcc编译器中，也就是c语言的编译器，在链接过程去寻找函数的定义的时候，是根据函数名字去寻找到，如上图所示，list_push_back函数在test.o文件中只找到了声明没有找到定义，就会去其他目标文件去寻找list_push_back这个名字，找到了就返回这个函数的地址，这样就是找到了函数的定义

这样的模式，也就意味着c语言不支持函数重载，不然函数名相同的时候，就会冲突了。

那c++是如何支持函数重载的呢？

c++用了一个方法——名字修饰

c++会根据函数的参数类型，个数，顺序，在编译的时候会对其函数名进行一个修饰！

  • gcc的函数修饰后名字不变。
  • 而g++的函数修饰后变成【_Z+函数长度+函数名+类型首字母】

如图所示，c语言编译过后，函数名是没有变化的

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但是在c++下，编译过后的函数名会被修饰

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如图所示：

  • Add函数名编译过后变成了 Z3Addii

Z3 意味着Add的名字长度是3

ii 代表这两个参数都是int类型的

  • func函数编译过后变成了 Z4func idPi

Z4意味着func名字长度是4

idPi 代表着从左到右，参数类型分别是 int double int* 【Pi就是int*的意思】

通过这种方式，我们的编译器在链接的时候，去找函数的定义的时候就可以准确的找到要找的函数。

具体过程如下：

如果我们再test.o文件中调用了两个add函数，那么g++编译器就会根据其输入的参数类型，来决定待会call的函数名字。

如图所示：

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编译器就会带着这个修饰过的函数名字去其他目标文件中寻找该函数名字的定义

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通过这里就理解了C语言没办法支持重载，因为同名函数没办法区分。而C++是通过函数修饰规则来区分，只要参数不同，修饰出来的名字就不一样，就支持了重载。

这也能解释为什么之前，我们说c++的函数返回值不同是没办法构成函数重载的

因为名字修饰没有对返回值做相应的修饰

注意：

上述我们是使用linux环境下验证的，window环境其实也可以验证

  • Windows下名字修饰规则

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对比Linux会发现，windows下vs编译器对函数名字修饰规则相对复杂难懂，但道理都是类似的，我们就不做细致的研究了。

【扩展学习：C/C++函数调用约定和名字修饰规则–有兴趣好奇可以看看，里面有对vs下函数名修饰规则讲解】

C/C++ 函数调用约定-CSDN博客

5.3 extern “C”

extern "C" int Add(int left, int right);int main()
{Add(1, 2);return 0;
}

**有时候在C++工程中可能需要将某些函数按照C的风格来编译，在函数前加extern"C”，意思是告诉编译器将该函数按照C语言规则来编译。**比如: tmalloc是google用C++实现的一个项目，他提供tcmallc0和tcfree两个接口来使用，但如果是C项目就没办法使用，那么他就使用extern“C”来解决。

我们学习了名字修饰，也知道了c和c++编译器的不同，因此，正常情况下，c++能找到的函数，c语言找不到。那如果我们想让c语言也能找到这个函数呢？，那我们就让编译器用c语言的规则去编译就好了，我们通过extern “C”，让编译器通过C语言的规则去编译。这样生成的函数名就是tcmalloc，不会被修饰，这样c语言中去调用这个函数就能调用成功了。

但是这里又有一个问题，c++就找不到了呀，因为c++会对函数名进行修饰，但是由于我们加了extern “C”，C++也会根据C的规则去找这个函数，就不会对该函数进行名字修饰，这样c++和c语言都可以成功调用该函数了

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6.引用

6.1引用概念及其性质

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。

类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体；

// 引用
void TestRef()
{int a = 10;int& ra = a;//<====定义引用类型int& rb = ra;int& rc = a;// ra rb rc 都是a的引用，只是给a多取了几个名字printf("%p\n", &a); // 0000009528DAF5B4printf("%p\n", &ra);// 0000009528DAF5B4printf("%p\n", &rb);// 0000009528DAF5B4printf("%p\n", &rc);// 0000009528DAF5B4
}int main()
{TestRef(); // 可以发现引用变量int a = 1;//int& b;	// 引用必须要在定义的时候初始化int& c = a; // c一直都是a的引用int d = 2;c = d; // 这里是d赋值给c 还是 c变成了d的引用？// 正确的是：将d赋值给c c又是a的引用，所以a和c都被赋值了2return 0;
}

总结：

  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

6.2常引用

直接来看代码理解：

// 常引用
int main()
{const int a = 0;//int& b = a; // b的类型是int , 编译不通过 因为a加上了const 只能读不能改，b可以读可以改const int& b = a; // 这样就不会报错了int c = 1;int& d = c;const int& e = c; // 这样是可以的， c可读可写，e是别名只读// 总结，引用时，引用变量访问的权限可以缩小，但是不能放大。【只有引用和指针适用这个关系】// 如上述代码  a只读，但是b作为引用可读可写就不可以，c可读可写，e只读是可以的。int i = 0;double db = i; // 隐式类型转换, 并不是直接将i给db 而是创建了一个double的临时变量， 这个临时变量具有常性//double& rbd = i; // 编译出错const double& rdb = i; // 可以// 为什么可以呢，因为rbd是double类型，double类型被赋值其他类型的值会创建一个double临时变量，rbd引用的实体就是这个临时变量，// 但是这个临时变量的权限是只能读不能改，因此加上一个const 让 引用变量rdb的权限也变成只读不改的就不会编译出错了return 0;
}

上述代码中我们提到了，在指针和引用中，其变量访问的权限可以缩小，但是不能放大

其实指针在c语言的学习中已经讲过了

我们来看看指针的例子：

int *p1 = &a;
const int* cp1 = p1; // 可以，权限缩小const int *p2 = &a;
int* cp2 = p2; // 不行，权限放大。

6.3使用场景

1.引用做参数

// 1.引用做参数
void Swap_c(int* p1, int* p2)
{// 前面我们说了如果想通过调用函数改变实参的值，那就要传地址，具体原因回看函数栈帧和指针的知识int tmp = *p1;*p1 = *p2;*p2 = tmp;
}// 在c++中，我们还多了引用这一方法去通过函数改变实参的值
void Swap_cpp(int& r1, int& r2) // 引用类型做参数 
{int tmp = r1;r1 = r2;r2 = tmp;
}int main()
{int a = 1, b = 2;Swap_c(&a, &b);printf("a=%d b=%d\n", a, b);// a=2 b=1Swap_cpp(a, b); // r1是a的别名，r2是b的别名.printf("a=%d b=%d\n", a, b);// a=1 b=2return 0;
}

2.引用做返回值

//2. 引用做返回值
int Count1() // 传值返回
{static int n = 0;n++;return n; // 返回n是通过创建一个临时变量，把n给到临时变量 让临时变量去返回的，这个临时变量需要创建空间，并且凡是临时变量都具有常性// 相当于就是 int tmp = n; 
}int& Count2() // 传引用返回
{static int n = 0;n++;return n;// 这里返回不会创建临时变量，因为引用无需空间想，相当于直接返回了一个n的别名,也就是n的引用// 相当于 int& tmp = n; 这个tmp就是n的引用。
}int main()
{//int& r1 = Count1(); // 编译不通过,因为Count1是传值返回，返回的是一个临时变量，而临时变量有常性，只读不能改// 而我们想让r1去引用这个临时变量，就会有权限放大的问题。const int& r1 = Count1(); // 加上一个const，r1就可以引用Count1 返回的临时变量int& r2 = Count2(); // Count2返回的就是一个int类型的引用，因此不会报错。return 0;
}

如果觉得不太容易理解，可以画图理解。

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无论是传值做参数，还是传值返回，都会产生一个拷贝变量。为了存放这个拷贝变量，是需要创建一个新的空间去存放的。

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但是如果是引用就不需要创建新的空间

我们可能会对上述代码的 static 有疑惑，但是这个static关键词是必须存在的，如果没有这个我们别名的访问就会出现问题。

我们来看一段代码：

using namespace std;int Add(int a, int b)
{int c = a + b;return c;
}int main()
{const int& ret = Add(1, 2);Add(3, 4);cout << "Add(1, 2) is :" << ret << endl; // Add(1, 2) is :3 ， 没问题。return 0;
}

这个代码是传值返回，我们去引用其返回值，最终代码结果是正常的。

我们再来看一段代码：

using namespace std;int& Add(int a, int b)
{int c = a + b;// static int c = a + b;return c;
}int main()
{int& ret = Add(1, 2);Add(3, 4);cout << "Add(1, 2) is :" << ret << endl;// 如果没有static 修饰函数中的局部变量c ，那么输出的是：Add(1, 2) is :7// 这里不一定是7 如果编译器在函数栈帧销毁之后，对其内存空间进行重置之类的操作，这里就是随机值// 如果有static，输出的是：Add(1, 2) is :3return 0;
}

我们发现结果不是我们想要的。

**原因就是：**如果没有static修饰局部变量c，那么c在函数栈帧结束的时候，就会结束其生命周期，但是我们返回的引用指向的就是c这个变量的空间，虽然c变量的空间已经被回收了，但是该空间仍然存在，也就是我们第二次调用Add函数的时候，函数内部的c变成了7，而我们的ret正好是引用的c的空间，那么此时，ret引用的空间的值变成了7。

注意：

空间被回收指该块栈空间暂时不能使用，但是内存还在; 比如: 上课要申请教室，上完课之后教室归还给学校，但是教室本身还在，不能说归还了之后，教室就没有了

因此，引用相对来说是不安全的，需要特别注意

如果要使用引用作为返回值，那么就要保证引用的返回变量在函数栈帧销毁的时候，其作用域依然存在【比如static修饰】，不然就很不安全。

那为什么加了static之后，就回复正常了呢？

因为，我们对变量c进行了静态修饰之后，c的内存空间，从栈区转移到静态区了，这就代表我们的ret引用的空间就是处在静态区的c变量的空间。由于前面第一次调用函数的时候，变量c已经被定义过一次了就是a +b = 3，此时c的值就是3,因此，第二次调用Ad

d函数的时候，定义的语句不会再执行，因为定义语句只会执行一次，因此 3 +4不会执行，也就是说，c仍然还是3，两次函数调用的变量c都是位于静态区的c，是同一个c。

如图所示：

第一次进入Add函数时：

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第二次进入Add函数时：

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也就是说，如果a + b这个操作不是位于定义语句的话，那么static修饰也无法避免ret引用变成7。

如图所示：

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当c = a + b，不是定义c的语句的时候，第二次进入函数就会执行这个代码，ret引用的引用实体c仍然会变成7。因为指向的是同一个静态区的内存空间、

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6.4传值、传引用效率比较

那引用作为返回值有什么好处呢？

  • 少创建一个拷贝的临时对象，少创建一个变量的空间，提高效率
  • 还有一些好处以后再讲。

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。

我们通过一段代码就能直观的感受到传值和传引用的效率差距：


#include <time.h>
using std::cout;
using std::endl;struct A 
{ int a[10000]; 
};void TestFunc1(A a) // 值作为函数参数
{}void TestFunc2(A& a) //引用作为函数参数
{}void TestRefAndValue()
{A a;// 以值作为函数参数size_t begin1 = clock();for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)TestFunc1(a); // 调用10w次传值的函数size_t end1 = clock();// 以引用作为函数参数size_t begin2 = clock();for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)TestFunc2(a); // 调用10w次传引用的函数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;
}

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6.5值和引用作为返回值类型的性能比较

我们直接看代码：

// 值和引用的作为返回值类型的性能比较
#include <time.h>
using std::cout;
using std::endl;struct A 
{int a[10000]; 
};A a; // 全局变量，这样可以使用引用返回，安全// 值返回
A TestFunc1() 
{ return a; 
}// 引用返回
A& TestFunc2() 
{ return a;  // 这里a变量是全局变量
}
void TestReturnByRefOrValue()
{// 以值作为函数的返回值类型size_t begin1 = clock();for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)TestFunc1();size_t end1 = clock();// 以引用作为函数的返回值类型size_t begin2 = clock();for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)TestFunc2();size_t end2 = clock();// 计算两个函数运算完成之后的时间cout << "TestFunc1 time:" << end1 - begin1 << endl;cout << "TestFunc2 time:" << end2 - begin2 << endl;
}int main()
{TestReturnByRefOrValue();return 0;
}
  • 当各自调用10w次所需时间

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  • 各自调用100w所需时间

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6.6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。

在语法概念上，指针会另外给指针变量开辟一个独立空间，然后这个空间内存放着指针指向的变量的地址，通过这个地址能找到变量。

如图所示：

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但是实际上，在底层实现上，并不是这样的。

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引用实际上在底层中的实现，用的是和指针一样的汇编语言。

这里只需要做个了解，虽然语法概念上，引用和指针实现过程不一样，但是底层是底层。

现在我们回归正题，我们来看看指针和引用的区别：

  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)（64位平台下占8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

7.内联函数

// 内联函数
// 假如一个段代码要被频繁的使用，我们会采取用函数封装。
// 但是频繁的使用函数是会有消耗的，频繁的建立函数栈帧又销毁
// 在C语言中，我们采取宏函数的解决办法，在c++中，我们采取内联函数来解决
int Add(int left, int right)
{return left + right;
}int main()
{int ret = 0;ret = Add(1, 2);return 0;
}

7.1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。

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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)

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我们发现没有call这个汇编语言了，就说明没有建立函数栈帧，那效率就会提升。

7.2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。

因此当函数的代码很长的时候，就不建议使用内联函数了。

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  1. 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：

image-20240524181948301

  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

// 内联函数不能让声明和定义分离
// F.h
#include <iostream>
using namespace std;
inline void f(int i);// F.cpp
//#include "F.h"
void f(int i)
{cout << i << endl;
}// main.cpp
//#include "F.h"
int main()
{f(10); // 这里会在main.o去找f的声明，但是因为f函数是内联函数，会展开，最终找不到函数的定义return 0;
}
// 链接错误：main.obj : error LNK2019: 无法解析的外部符号 "void __cdecl 
//f(int)" (?f@@YAXH@Z)，该符号在函数 _main 中被引用

【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：

1.不方便调试宏。（因为预编译阶段进行了替换）

2.导致代码可读性差，可维护性差，容易误用。

3.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

#define N 10 // 常量定义
// 在c++中 用const enum 替代常量定义
const int N = 10;// 宏函数用inline函数替代

8.auto关键字（c++11）

8.1 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

8.2 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。

auto关键字的作用就是——自动判断类型

// auto关键字
using std::cout;
using std::endl;int main()
{int a = 1;auto b = a; // auto让b自动去判断a是什么类型的对象，b就是a的对象类型int& c = a;auto& d = a;auto* e = &a; // 有没有* 都能推算出 &a 是int* 类型auto f = &a;cout << typeid(a).name() << endl; // intcout << typeid(b).name() << endl;// intcout << typeid(c).name() << endl;// intcout << typeid(d).name() << endl;// intcout << typeid(e).name() << endl;// int * __ptr64cout << typeid(f).name() << endl;// int * __ptr64return 0;
}

8.3auto不能推导的场景

  • 不能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
}
  • 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)
{}
  • auto不能直接用来声明数组
void TestAuto()
{int a[] = {1,2,3};auto b[] = {4，5，6};
}

  1. 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

  2. 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。

9.基于范围的for循环

9.1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。

直接来看实例：

//基于范围的for循环(C++11) [语法糖]
using std::cout;
using std::endl;int main()
{int arr1[] = { 1,2,3,4,5 };// 使用c语言将数组每个元素都+2 并打印出来for (int i = 0; i < sizeof(arr1) / sizeof(arr1[0]); i++){arr1[i] += 2;}for (int i = 0; i < sizeof(arr1) / sizeof(arr1[0]); i++){cout << arr1[i] << " ";}cout << endl;// 使用c++11 中的范围for int arr2[] = { 1,2,3,4,5 };for (auto& e : arr2) // 如果不是别名，那么e变量会改变，但是数组中的数据不会发生改变{e += 2; // 每次for循环进来，都会自动把数组中的值从左到右依次给e，e是其数组中的值的别名，对e操作就是对其值操作。}for (auto e : arr2) // {cout << e << " ";}cout << endl;}

注意：与普通循环类似，可以continue来结束本次循环，也可以用break来跳出整个循环。

9.2 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)// array在这里是指针，没有范围。cout<< e <<endl;
}

之前我们讲过，数组作为参数传参的时候，传的不是数组，是数组的指针。

  1. 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)

10.指针空值nullptr(C++11)

10.1 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：

void TestPtr()
{int* p1 = NULL;int* p2 = 0;// ……
}

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

// 指针空值 nullptr
using std::cout;
using std::endl;void Func(int n)
{cout << "int" << endl;
}void Func(int* n)
{cout << "int*" << endl;
}int main()
{Func(0); // intFunc(NULL); // int // 预处理后变成Func(0);Func(nullptr); // int* // 预处理后变成Func((void*)0);Func((int*)NULL);// int*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：

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) 和 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
. 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)

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