C++入门基础（三）

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  • 引用
    • 引用概念
    • 例子1
    • 例子2
      • 例子3
      • 例子4
    • 常引用
    • 引用的应用
      • 做参数
      • 做返回值
      • 野引用
      • 扩展
    • 传值、传引用效率比较
    • 引用和指针的区别
    • C++对比C语言实现顺序表
  • 内联函数
    • 概念
    • 特性

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引用

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。在这里插入图片描述

比如：同学A有一个别名为张三，张三是同学A，张三和同学A指的都是同一个人，在C++中同学A可能是int类型，也可能是char类型，甚至可能是int*类型或int**类型…

因为引用的符号和去地址符号是相同的，就像之前的左移操作符和流插入一样，所以C++是可以同时支持取地址和引用的

例子1

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{int a = 0;int& b = a;cout << &b << endl;cout << b << endl;
}

在这里插入图片描述

这段代码中&b=a表示b是a的别名，打印的时候
cout<<&b<<endl表示打印a别名的地址
cout<<b<<endl则表示打印a的别名
注意：引用类型必须和引用实体是同种类型的

b既然是a的别名,b的地址也应该和a的地址一样(因为都表示的是同一个人)
在这里插入图片描述

那如果更改b的值,a的值是否又会更改呢?

在这里插入图片描述

显然是可以的,因为b就是a,只是换了个名字而已

例子2

别名是可以无限取的，就跟一个人的外号一样，不一定只有一个外号，同时也可以给一个人的外号取别名，比如同学B叫同学A为张三，同学C叫同学A为张四，有时同学C也爱叫张四为张五

	int main(){int a = 0;int& b = a;int& c = b;int& d = a;cout << a << endl;cout << b << endl;cout << c << endl;cout << d << endl;return 0;}

在这里插入图片描述

例子3

对一个人取外号，这个人必须是存在的，所以引用在定义时必须初始化

在这里插入图片描述
如果我们写int &a=0，这样会被认为a是一个地址
在这里插入图片描述

例子4

一个变量可以有多个别名，而一个别名是不可以是多个变量的

	int main(){int a = 0;int c = 1;int& b=a;int& b = c;return 0;}

在这里插入图片描述
再来看看下面这段代码

	int main(){int a = 0;int& b = a;int c = 2;b = c;cout << b << endl;cout << a << endl;return 0;}

在这里插入图片描述

这里的b并不是c的别名，之前是 int& b = c，这里是b=c，只是将c对值赋值给b，但是b不是c的别名

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;
}

引用的应用

做参数

	#include<iostream>using namespace std;void Swap(int& a, int& b){int temp = a;a = b;b = temp;}int main(){int c = 0, d = 1;cout << c <<'\n' << d << endl;Swap(c, d);cout << c <<'\n' << d << endl;return 0;}

在这里插入图片描述
在C语言中的写法为

	void Swap(int* a, int* b){int temp = *a;*a = *b;*b = temp;}int main(){int c = 0, d = 1;printf("%d %d ", c, d);Swap(&c, &d);printf("%d %d ", c, d);return 0;}

在这里插入图片描述
可以看出，C语言在实现Swap函数的时候，需要考虑Swap的参数类型，如果要传入地址就需要让参数类型变成int*类型，然后在传参时需要将参数的地址传进去
而C++则要简单一点，如果想要修改函数外面的变量，那么就让参数类型变成别名，这样就不需要考虑要不要传地址了

做返回值

	int func(){int a = 0;return a;}int main(){int ret = func();return 0;}

这段代码中不是把a的值给ret，这里需要再理解一下函数栈帧
main函数调用时会建立一块栈帧，局部变量ret会在里面开一块空间，当函数结束的时候局部变量就会销毁
在这里插入图片描述
main函数中调用了函数func，然后func函数会建立一块新的栈帧，a是func函数中的一个局部变量，所以回走func函数建立的栈帧里开一块空间
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
当func函数结束后，他开辟的空间就会销毁，而a也是会跟着销毁的，如果将a对值返回给ret，那么ret接受的可能是一个随机值
而不同的平台输出的值不同，VS中输出的是a的值，但并不代表a把值返回给了ret
在这里插入图片描述
因为VS会开辟一块空间，里面有一个临时变量，临时变量的值等于函数的返回值，当func函数结束后临时变量的空间是不会被销毁的，然后将临时变量的值返回给ret

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

野引用

当我们强行让函数的返回值变成别名的时候，就会报错

	int& func(){int a = 0;int b = 1;return b;}int main(){int ret = func();cout << ret << endl;return 0;}

在这里插入图片描述
这种情况和指针类似，指针中的野指针是指向一块内存被释放或者没有访问权限的指针，这里的引用是取了一个变量a的别名，而a的空间已经被释放掉了，但是仍然要返回a的别名，导致出现了野引用
（实质就是a的空间被释放掉了，但是最后还要去访问a的空间，而空间里的值是一个随机值，导致输出结果不确定）
不同的平台结果不一样，VS中没有将a的栈帧销毁，所以ret接收到是a的值
在这里插入图片描述
如果我们让ret是func返回值的别名会怎么样？

	using namespace std;int& func(){int a = 0;return a;}int main(){int &ret = func();cout << ret << endl;return 0;}

ret为a的别名，所以ret的空间就是a的空间，而a的空间在func函数新开辟的空间中，所以ret在main函数中没有空间，最后因为a的空间会被释放，导致ret也成了也引用
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

扩展

	int& func(){int a = 0;return a;}void fx(){int b = 3;}int main(){int &ret = func();cout << ret << endl;fx();cout << ret << endl;return 0;}

在这里插入图片描述
ret明明是a的别名，但是在调用一个函数fx后就变了
后面再调用一次func后，ret的值又变回来了

如果让fx函数的返回值后面加个引用符号会怎么样？
最终结果没有变化
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
上面的情况是因为空间可以互用的，当func函数调用完后，会销毁空间，而调用fx函数后，原来的那块空间就会给到fx

因为ret是野引用，ret的地址仍然指向原来空间的地址，但是由于后面那块空间被分给了fx，所以ret的值又变成了fx中b的值

如果fx中没有定义b会怎么样
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
这个例子更能体现出ret为野引用后的随机性

总结：传值返回是返回 返回值的拷贝，传引用返回是返回 返回值的别名，返回变量出了函数作用域后生命周期（局部变量）就结束了，不能引用返回而像全局变量 静态变量（static修饰） 堆上变量等这些就可以用引用返回

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 <time.h>struct A { int a[10000]; };void TestFunc1(A a) {}void TestFunc2(A& a) {}int main(){A a;size_t begin1 = clock();for (size_t i = 0; i < 10000; ++i)TestFunc1(a);size_t end1 = clock();size_t begin2 = clock();for (size_t i = 0; i < 10000; ++i)TestFunc2(a);size_t end2 = clock();cout << "TestFunc1(A)-time:" << end1 - begin1 << endl;cout << "TestFunc2(A&)-time:" << end2 - begin2 << endl;return 0;}

这段代码是为了比较传值、传引用的效率，为了更容易看出他们直接到效率差距，所以定义了一个比较大的结构体，然后分别调用10000次函数，size_t begin = clock()是记录刚开始调用函数的时间， size_t end = clock()是记录调用结束后的时间，二者相减就可以得到调用函数所耗的时间
在这里插入图片描述
这里的0毫秒是接近于0，通过这段代码可以看出，引用传参效率更高

引用和指针的区别

引用的语法和底层是有一些不一样的
举个例子鱼香肉丝语法角度看有鱼有肉丝，而底层实现只有肉丝

语法角度引用是别名，不开空间，而指针是地址需要开空间存地址
而通过下面的代码调试看汇编可以得出引用也是会开空间的，事实上引用的底层是通过指针实现的

int main()
{int a = 10;int& ra = a;ra = 20;int* pa = &a;*pa = 20;return 0;
}

在这里插入图片描述
这里补充一下汇编的查找方法
先进行调试，然后点击鼠标右键，就可以找到汇编了
在这里插入图片描述

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（引用不能改变指向，指针可以）
  4. 没有NULL引用，但有NULL指针（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）
  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（i++…），指针自加即指针向后偏移一个类型的大小（ * a+1）
  7. 有多级指针（int ** a），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

C++对比C语言实现顺序表

C语言实现顺序表可以查看顺序表详解
下面简单的用C++实现顺序表的一些功能

struct SeqList
{int* a;int size;int capacity;void Init(){a = (int*)malloc(sizeof(int) * 4);//..size = 0;capacity = 4;}void PushBack(int x){//扩容a[size++] = x;}int SLGet(int pos){assert(pos >= 0);assert(pos < size);return a[pos];}
};

C语言是数据和函数分离，而C++可以将函数写在结构体里，并且可以看到，许多函数传入的参数都非常少，甚至没有传参的

因为这些函数是在结构体内部，而结构体里又定义了int a int size，int capacity这些参数，结构体内部的函数是可以直接用这些参数的，而像x和pos这些结构体里没有的参数就需要我们传参，这样就使C++实现顺序表变得很简单，很容易看懂*

对比C语言中因为数据和函数是分离的，导致像int* a int size，int capacity这些作为参数必须要写明是哪个结构体中的数据，否则就会分不清，而C++因为函数在结构体内部，这些数据都不需要写明就知道是在哪个结构体中

我们用代码测试一下功能
因为函数在结构体内部，所以调用函数的时候就可以直接当成结构体中的成员访问

打印顺序表中的数据

int main()
{SeqList sl;sl.Init();sl.PushBack(1);sl.PushBack(2);sl.PushBack(3);sl.PushBack(4);for (int i = 0; i < sl.size; i++){cout << sl.SLGet(i) << "";}return 0；
}

在这里插入图片描述

修改顺序表中的数据

int main()
{SeqList sl;sl.Init();sl.PushBack(1);sl.PushBack(2);sl.PushBack(3);sl.PushBack(4);for (int i = 0; i < sl.size; i++){if (sl.SLGet(i) % 2 == 0){sl.SLGet(i) *= 2;}}for (int i = 0; i < sl.size; i++){cout << sl.SLGet(i) << endl;}
}

当想修改顺序表中的数据时，却出现表达式必须是可修改的左值，说明sl.SLGet(i) *= 2中的sl.SLGet(i)为一个常量，比如1=2，1就是一个常量，我们修改不了他
在这里插入图片描述
要想解决就先得看一下int SLGet(int pos)的实现

int SLGet(int pos){assert(pos >= 0);assert(pos < size);return a[pos];}

显然SLGet函数返回类型为int类型，也就是说返回的是一个临时变量，C++规定临时变量具有常性，也就是说这个临时变量就是一个常量

为了解决这个问题，就需要用到引用int& SLGet(int pos)，由于pos位置的值是用malloc开辟出来的，当出了作用域后不会被销毁，所以用引用取别名，仍然可以访问到pos位置的值
在这里插入图片描述

内联函数

函数调用是需要建立栈帧的，如果频繁的调用同一个函数那么会损耗非常多的空间

C语言解决这个问题的方式是通过宏（#define…），其原理就是宏在预处理阶段进行了替换
举个例子：用宏实现加减函数

#define ADD(a,b)((a)+(b))
int main()
{cout << ADD(1 + 2, 3 - 1) << endl;return 0;
}

在这里插入图片描述

需要注意的是
1：宏不是函数，所以ADD括号中没有参数类型
2：宏没有分号，因为宏是用来替换的，如果有分号会把分号野加进去
3：需要用括号控制优先级
如果没有用对括号就会出现下面的这种情况,实现乘法函数的结果会出错
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
宏也有缺点
1：语法复杂，很容易出错
2：不能调试，因为在预处理阶段直接就替换掉了
3：没有类型安全的检查
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

C++的解决方式就用内联函数

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（类似宏的替换），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。

 int ADD(int a, int b)
{return a + b;
}
int main()
{cout<<ADD(1, 2) << endl;return 0;
}

在没有加inline的情况下，汇编红色方框ADD的括号里就是函数地址（0101100Ah），每次使用ADD的时候都要调用函数建立栈帧
在这里插入图片描述

 inline int ADD(int a, int b)
{return a + b;
}
int main()
{int ret1 = ADD(1, 2) * 3;int x = 1, y = 1;int ret2 = ADD(x | y, x & y);return 0;
}

加上inline后，也在仍然在调用函数的地址，这是因为debug版本中默认没有将inline修饰的函数进行替换
在这里插入图片描述
想要看展开后的结果需要进行设置

首先需要找到属性
在这里插入图片描述
将常规中调试信息格式设置成程序数据库

在这里插入图片描述
然后再将优化中内联函数扩展设置成只使用于inline
在这里插入图片描述
再去看汇编，这一次就没有再调用函数了
在这里插入图片描述

特性

内联函数虽然好，但是不可以无脑的使用
举个例子，假设一个函数有100行代码，有1w个调用的位置
假设inline展开：100*1w行代码（全部替换）
假设没有inline展开：100+1w代码
这种情况使用inline函数会导致编译的程序变大，当编译程序变大后，如果想要下载这个程序，就需要花很长的时间（游戏更新也是这样的）

总结

  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

《C++prime》第五版对于inline的建议：内联说明只是想编译器发出的一个请求，编译器可以选择忽略这个请求，一般来说，内联机制用于优化规模较小，流程直接，频繁调用的函数，很多编译器都不支持内联递归函数（加了inline可能编译器会忽略掉），而且一个75行的函数也不大可能在调用内联函数展开

通过下面的代码演示情况

//Stack.h
#include<iostream>
using namespace std;
inline int ADD(int a, int b)
{cout << "int ADD(int a, int b)" << endl;cout << "int ADD(int a, int b)" << endl;cout << "int ADD(int a, int b)" << endl;cout << "int ADD(int a, int b)" << endl;cout << "int ADD(int a, int b)" << endl;cout << "int ADD(int a, int b)" << endl;cout << "int ADD(int a, int b)" << endl;return a + b;
}
//test.cpp
#include"Stack.h"int main()
{int ret=ADD(1, 2);return 0;
}

在汇编中可以看到没有call ADD函数
在这里插入图片描述
而用下面这个代码就不一样了

//Stack.h
#include<iostream>
using namespace std;
inline int ADD(int a, int b)
{cout << "int ADD(int a, int b)" << endl;return a + b;
}
//test.cpp
#include"Stack.h"int main()
{int ret=ADD(1, 2);return 0;
}

汇编中有call ADD函数，也就是忽略了inline的请求

在这里插入图片描述

  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。
    举个例子
//test.cpp
#include"Stack.h"
int main()
{ADD(1, 2);return 0;
}
//Stack.h
#include<iostream>
using namespace std;
int ADD(int a, int b)
{cout << "int ADD(int a, int b)" << endl;return a + b;
}

这样说可以运行的通的
在这里插入图片描述
而如果Stack.h在多个地方包含就会报错
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
这种情况是因为在test.cpp中包含了Stack.h中的ADD函数，而Stack.cpp也包含了ADD函数，因为都包含了Stack头文件，然后Stack.cpp和Stack.h会生成Stack.o,test.cpp会生成test.o,之后在链接过程中会将Stack.o和test.o都合并到一起,而因为Stakc.cpp和test.cpp都包含了ADD函数，所以不会构成函数重载，所以就会报错

但是这里有一个需要注意的地方
#pragma once是解决不了上面的问题的
在这里插入图片描述
#pragma once是为了解决比如test,cpp中重复包含了两次Stack.h,或者间接包含了两次,会在编译的预处理阶段删掉一些重复包含的东西,是解决同一个文件中重复包含的情况
在这里插入图片描述
而上面的重定义是发生在同一个函数在不同的文件发生的,这种情况就需要声明和定义分离

//test.c
#include"Stack.h"
int main()
{ADD(1, 2);return 0;
}
//Stack.h
#include<iostream>
using namespace std;
int ADD(int a, int b);
//Stack.cpp
#include"Stack.h"
int ADD(int a, int b)
{cout << "int ADD(int a, int b)" << endl;return a + b;
}

在这里插入图片描述
Stack.cpp中包含的Stack.h展开只有声明,test.cpp中包含的Stack.h展开也只有声明,具体的函数实现在Stack.cpp中

当后面Stack.o和test.o合并的时候,就不会发生重定义了

因为在链接过程当中test.cpp会去寻找函数的地址,而函数的具体实现在Stakc.c中,Stack.h只是声明了函数,所以最后找到的函数地址在Stack.c里

第二种解决方式就是static修饰函数
static修饰函数,会让函数的链接属性只在当前文件可见(test.cpp中包含的ADD只能在test.cpp里可见，stack.cpp中也是一样的,简单的来说就是而Stack.cpp看不到test.cpp中有ADD函数，test.cpp也同样看不到Stack.cpp包含了ADD函数)

第三种方式用内联函数

//Stack.h
inline int ADD(int a, int b);
Stack.cpp
#include"Stack.h"
inline int ADD(int a, int b)
{cout << "int ADD(int a, int b)" << endl;return a + b;
}
test.cpp
#include"Stack.h"int main()
{ADD(1, 2);return 0;
}

因为内联函数是直接展开的,所以在链接的时候会被认为不需要找到函数的地址,test.cpp中用到的ADD就是因为没有找到对于函数的地址导致报错
在这里插入图片描述
正确的方法是直接在Stack.h中定义

Stack.h
#include"Stack.h"
inline int ADD(int a, int b)
{cout << "int ADD(int a, int b)" << endl;return a + b;
}
test.cpp
#include"Stack.h"int main()
{ADD(1, 2);return 0;
}

在这里插入图片描述
Stack.cpp中和test.cpp中明明是包含了Stack.h,为什么却不像之前那样报错呢?

其实是因为inline和static原理类似

总结
复杂的函数通常用声明和定义分离以及static修饰,简单的函数则一般用inline

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Redis学习笔记&#xff08;基础&#xff09; 一、Nosql概述1.1、为什么使用Nosql1.2、什么是Nosql1.3、阿里巴巴演进分析1.4、NoSQL的四大分类 二、 Redis入门2.1、概述2.2、Windows使用Redis2.3、linux安装2.4、redis-benchmark性能测试2.5、Redis基础知识 三、五大数据类型3.…
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NIO（非阻塞I/O）和IO（阻塞I/O）详解

NIO（非阻塞I/O）和IO（阻塞I/O）详解

文章目录 一、NIO&#xff08;Non-blocking I/O&#xff0c;非阻塞I/O&#xff09;1、Channel&#xff08;通道&#xff09;与Buffer&#xff08;缓冲区&#xff09;1.1、使用ByteBuffer读取文件1.2、ByteBuffer 方法1.2、ByteBuffer 结构1.3、字符串与 ByteBuffer 互转1.4 Sca…
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自然语言处理 (NLP) 中的迁移学习

自然语言处理 (NLP) 中的迁移学习

--懂王 在大数据高速发展的时代&#xff0c;AI的发展日新月异&#xff0c;充满挑战的迎接未来。 自然语言处理 (NLP) 中的迁移学习: 迁移学习在 NLP 中越来越受欢迎&#xff0c;特别是在数据稀缺的情况下。如何有效地利用预训练的语言模型&#xff0c;并将其迁移到新的任务和领…
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前端框架编译器之模板编译

前端框架编译器之模板编译

未经作者允许&#xff0c;禁止转载 编译原理概述 编译原理&#xff1a;是计算机科学的一个分支&#xff0c;研究如何将 高级程序语言 转换为 计算机可执行的目标代码 的技术和理论。 高级程序语言&#xff1a;Python、Java、JavaScript、TypeScript、C、C、Go 等。计算机可执…
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微软开源 MS-DOS「GitHub 热点速览」

微软开源 MS-DOS「GitHub 热点速览」

上周又是被「大模型」霸榜的一周&#xff0c;各种 AI、LLM、ChatGPT、Sora、RAG 的开源项目在 GitHub 上“争相斗艳”。这不 Meta 刚开源 Llama 3 没几天&#xff0c;苹果紧跟着就开源了手机端大模型&#xff1a;CoreNet。 GitHub 地址&#xff1a;github.com/apple/corenet 开…
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golang 基础知识细节回顾

golang 基础知识细节回顾

之前学习golang的速度过于快&#xff0c;部分内容有点囫囵吞枣的感觉&#xff0c;写gorm过程中有很多违反我常识的地方&#xff0c;我通过复习去修正了我之前认知错误和遗漏的地方。 itoa itoa自增的作用在编辑error code时候作用很大&#xff0c;之前编辑springboot的error c…
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idea常用知识点随记

idea常用知识点随记

idea常用知识点随记 1. 打开idea隐藏的commit窗口2. idea中拉取Git分支代码3. idea提示代码报错&#xff0c;项目编译没有报错4. idea中实体类自动生成序列号5. idea隐藏当前分支未commit代码6. idea拉取新建分支的方法 1. 打开idea隐藏的commit窗口 idea左上角File→Settings…
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