【C++深入浅出】初识C++下篇(auto关键字、范围for、nullptr指针)


目录

一. 前言

二. auto关键字

2.1 auto的引入

2.2 auto简介

2.3 auto的使用细则

2.4 auto不能推导的场景

三. 基于范围的for循环(C++11)

3.1 范围for的语法

3.2 范围for的原理

3.3 范围for的使用条件

四. 指针空值nullptr(C++11)


一. 前言

        上期我们介绍了c++新增的两个重要语法:引用和内联函数,今天我们带来的内容是auto关键字范围for以及nullptr指针,本期也是初识C++的最后一期。上期回顾:

【C++深入浅出】初识C++中篇(引用、内联函数)http://t.csdn.cn/LCvY0        话不多说,直接上菜!!!

二. auto关键字

2.1 auto的引入

        在我们写代码的过程中,可曾发现,随着程序越来越复杂,程序中用到的类型也越来越复杂,包括但不限于以下两点:1. 类型难于拼写、2. 含义不明确导致容易出错。例如:

#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;
}

你没有看错,上面的std::map<std::string, std::string>::iterator 其实是一个类型,是不是非常吓人。像这种长类型特别容易写错,有的人可能已经想到了解决方案:可以通过typedef给类型取别名。是的,这无疑也是种好方法,但使用typedef前我们必须先知道类型,有时候这并不容易做到。那怎么办呢?不急,C++11中的auto关键字就是为了解决这个问题。

2.2 auto简介

        在早期C/C++中使用auto修饰的变量,是具有自动存储器的局部变量,但由于用处不大,一直没有人去使用它。

        而在C++11中,C++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指示编译器,使用auto声明的变量类型编译器会在编译时期自动推导而得。

        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。

#include<string>
int TestAuto()
{return 10;
}
int main()
{int a = 10;string s;auto b = a;auto c = 'a';auto d = TestAuto();auto e = s.begin();cout << typeid(b).name() << endl; //typeid类似于sizeof一样,是一个操作符,其可以用来获取变量的类型。cout << typeid(c).name() << endl;cout << typeid(d).name() << endl;cout << typeid(e).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;
}

输出结果如下 

可以看出,编译器自动帮我们将类型推导出来了,是不是非常方便

2.3 auto的使用细则

        学会了auto的基本使用,接下来就是避坑时间惹 

        1. auto定义变量时必须对其进行初始化

         auto并非是一种“类型”的声明,而是一个类型声明时的“占位符”。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,然后将auto替换为变量实际的类型。

int main()
{int val = 10;auto a; //错误写法,编译时会报错auto b = val; //正确写法,定义时进行初始化,编译器才能进行推导然后将auto替换return 0;
}

        2. auto和指针和引用

        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. 在同一行定义多个变量

         当在同一行声明多个变量时,这些变量必须类型相同,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,然后将auto进行替换,最后用替换后的类型定义其他变量。

int main()
{auto a = 1, b = 2; // 正确写法auto c = 3, d = 4.0; // 编译失败,因为c和d的初始化表达式类型不同return 0;
}

2.4 auto不能推导的场景

        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,
// 原因:函数调用传参发生在运行阶段,故在编译阶段编译器无法对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

int main()
{int a[] = { 1,2,3 };auto b[] = { 4,5,6 };return 0;
}


三. 基于范围的for循环(C++11)

3.1 范围for的语法

        在C++98中如果要遍历一个数组,可以按照以下方式进行:

int main()
{int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++i){array[i] *= 2; //利用下标访问}cout << endl;for (int* p = array; p < array + sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++p){cout << *p << ' '; //利用指针访问}cout << endl;}

        但是对于array这个有范围的集合而言,由程序员来说明循环的范围显然显得有点多余,有时候还会容易犯错误产生越界。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:第一部分是范围内迭代取得的变量,第二部分则表示进行迭代的集合对象。上述代码使用范围for改写如下

int main()
{int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };for (auto& e : array) //依次取数组的数据给引用变量e,自动判断结束,自动迭代 + 1{e *= 2;}for (auto e : array) //依次取数组的数据赋值给变量e,自动判断结束,自动迭代 + 1{cout << e << " ";}return 0;
}

可以看到,我们使用到了之前学的auto关键字,利用auto的自动类型推导,我们无需显式地写出e的类型,使得范围for的使用更加简洁方便,这也是auto的常见优势用法之一。


在第一个范围for中,由于e是引用变量,因此e表示的是数组每个元素的别名,对e进行修改就是对数组元素进行修改。

而在第二个范围for中,e是普通变量,表示的是数组每个元素的拷贝,对e进行修改对数组元素没有影响。


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。


3.2 范围for的原理

        可能会有的小伙伴会好奇:范围for这个东西这么智能,既能自动迭代,还能自动判断结束,那么它的原理究竟是什么呢 

         实际上,并没有想象中的那么复杂。范围for的底层原理实际上就是迭代器遍历编译器在编译时会自动将范围for的代码替换为迭代器遍历相关代码。迭代器的知识我们后续会介绍,这里大家将其理解为指针即可。

        下面是一段vector容器的遍历代码:

int main()
{vector<int> v;for (int i = 1; i <= 5; i++) //插入1-5的数据{v.push_back(i);}for (auto e : v) //范围for遍历{cout << e << ' ';}cout << endl;return 0;
}

       编译器编译时范围for会替换成类似于如下的代码:

int main()
{vector<int> v;for (int i = 1; i <= 5; i++) //插入1-5的数据{v.push_back(i);}vector<int>::iterator it = v.begin();//auto it = v.begin(); //迭代器的类型较长,也可以使用auto自动推导while (it != v.end()) //迭代器遍历,这里将it当做指针理解即可{cout << *it << ' ';it++;}cout << endl;return 0;
}

结论:范围for其实就是编译器进行了替换,本质上还是迭代器的遍历

3.3 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,for循环迭代的范围就是从数组中第一个元素到最后一个元素;对于而言,应该提供begin和end的方法,begin和end就是for循环迭代的范围。

void putArray(int array[])
{//数组传参发生降维,array是个指针,指向数组首元素for (auto e : array) //由于array只是个int*指针,我们无法确定迭代的范围,故这里的范围for会报错{cout << e << ' ';}
}
int main()
{vector<int> v;for (int i = 1; i <= 5; i++) //插入1-5的数据{v.push_back(i);}for (auto e : v) //范围for遍历vector容器类。范围:v.begin()~v.end(){cout << e << ' ';}cout << endl;int array[5] = { 1,2,3,4,5 };for (auto e : v) //范围for遍历array数组。范围:从第一个元素的下标0到最后一个元素的下标4{cout << e << ' ';}putArray(array);return 0;
}

        2、迭代的对象要实现++和==的操作

        上面我们看到范围for替换为迭代器遍历的代码中,使用迭代器it进行遍历时需要用到++和==的操作,顾迭代器需要支持++和==的操作。(目前不清楚的了解一下即可,等到我们讲解迭代器时再深入讨论)


四. 指针空值nullptr(C++11)

        在C语言中,我们对指针进行初始化时,经常会用NULL空指针进行初始化,如下:

int main()
{int* p1 = NULL;return 0;
}

         实际上,NULL是一个,在传统的C头文件(stddef.h)中,可以看到如下代码:

        可以看到,NULL在C++中被定义为字面常量0,在C语言中被定义为无类型指针(void*)常量。而字面常量0在编译器看来默认是整形常量,这就会导致出现一些不可预料的错误,例如:

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;
}

        上述代码在C++中的结果如下所示

本意我们是想通过f(NULL)调用指针版本的f(int*)函数,但是由于NULL在C++中被定义成字面常量0,因此调用了更符合的f(int)函数,与程序的初衷相悖。如果我们执意要调用f(int*)函数,只能将NULL强制类型转换为int*,再进行调用即可,但这样会显得非常奇怪 


        出于以上原因,C++11新增了一个关键字nullptr用来表示指针空值,如下:

void f(int)
{cout << "f(int)" << endl;
}
void f(int*)
{cout << "f(int*)" << endl;
}
int main()
{f(0);f(nullptr); //nullptr表示空指针return 0;
}

        此时代码的结果就符合我们初衷了:

关于nullptr的几点说明与建议 

  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) 与 sizeof((void*)0)所占的字节数相同。
  3. 为了提高代码的健壮性,在C++中表示指针空值时最好使用nullptr。

以上,就是本期的全部内容啦🌸

制作不易,能否点个赞再走呢🙏

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