初识C++ · 入门(2)

目录

1 引用

1.1引用的概念

1.2 引用的特性

2 传值,传引用的效率

3 引用和指针的区别

4 内联函数

4.1 内联函数的定义

4. 2 内联函数的特性

5 关键字auto

5.1关于命名的思考 

5.2 关于auto的发展

5.3 auto使用规则

6 范围for的使用

7 空指针


1 引用

1.1引用的概念

人有外号,程序中的变量也可以有,不懂二级指针的人有福了,祖师爷在加小语法的时候觉得使用二级指针太麻烦了,索性加入引用的概念,也就是给成员变量取别名,该别名和成员变量共用一块空间,就像李逵外号黑旋风一样,使用方式是类型后面加个&:

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

这个时候b就是a,我们对b进行修改的同时也会修改a。

1.2 引用的特性

外号可以有一个,也可以有多个,所以:

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

 对一个变量取多个“外号”也是没有问题的,但是引用一旦成立,该引用类型就不能再去引用其他元素,就像黑旋风不能是浪里白条一样。

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

此时代码就会报错,因为b重定义了。

引用的时候一定要初始化,不然就像是先选个外号,看谁像这个外号再给谁按上去,这是不行的,所以引用之前一定要初始化:

int& a;

这种就是错误的代码,没有引用实体。

我们在引用的时候还要避免一个问题——权限放大

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

int c = a这行代码是无误的,赋值是没有问题的,但是int& b这行代码就有问题了,

因为a被const修饰了,所以a不能被修改,但是引用类型是int&,就代表可以被修改,所以这里存在权限放大的问题,解决方法就是:

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

引用类型和引用实体保持一致就行,就不会存在权限放大的问题,引用的实现我们就需要保证一个点:引用类型和引用实体是一个级别。那么有人问了,权限放大了不行,权限缩小会怎么样?

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

是没有问题的,代码编译也都跑得过去,所以权限缩小是可以的。

权限放大看着是很好理解的,那么这段代码呢:

int main()
{int a = 1, b = 1;int& x = a + b;return 0;
}

a + b的结果是int没错吧?那么可不可以用int&来引用呢?实际上是不可以的,因为a + b是一个常值,就跟被const修饰了一样,所以要引用只能加一个const。 

int main()
{    double d = 12.34;const int& i = d;return 0;
}

如果存在类型转化,但是用了const修饰,也是可以引用的。 这是因为类型转换的时候存在一个临时变量,这个临时变量是常性的,所以用了const修饰才能引用。


2 传值,传引用的效率

引用被发明来就是为了省事的,比如单链表的实现那里,二级指针是哪里都有,那么有了引用,原来的参数即写法就会省下一大半的时间:

void SLTNode(Node** pphead, int val);
void SLTNode(Node*& head, int val);

有了引用就不用考虑二级指针越界访问等问题了,也没有解引用的问题了,是非常方便的。

我们可以认为,传引用就是传我们要修改的那个元素进去:

void swap(int& x, int& y)
{int tem = x;x = y;y = tem;
}
int main()
{int a = 1, b = 2;swap(a, b);cout << a << " " << b;return 0;
}

最后是可以成功交换a 和 b 的值的,我们就不用单独使用指针了,

实现某些功能的时候我们传值也可以,传引用也可以,具体哪个的效率高呢?函数在接收参数或者返回参数的时候,传值都是进行临时的拷贝,数据量一旦大了起来,效率是十分低下的:

struct A
{int arr[10000];
};
void Test1(A a)
{}
void Test2(A& a)
{}
int main()
{A a;size_t begin1 = clock();for (size_t i = 0; i < 10000; i++)Test1(a);size_t end1 = clock();size_t begin2 = clock();for (size_t i = 0; i < 10000; i++)Test2(a);size_t end2 = clock();cout << "Test1-time: " << end1 - begin1 << endl;cout << "Test2-time: " << end2 - begin2<< endl;return 0;
}

我们创建一个结构体,成员变量是40000个字节的一个数组,那么如果我们传值调用,如Test1,用一个40000字节的数组去拷贝实参,效率很低下,如果我们传引用的话,就相当于我们直接对arr数组进行修改,没有单独开辟一块空间去拷贝,效率自然就高了起来。使用时间函数来对比一下就知道了:

因为Test2的时间太短了,小于1ms,所以打印出来的结果是0。

struct A
{int arr[10000];
}a;
A Test1()
{return a;
}
A& Test2()
{return a;
}int main()
{size_t begin1 = clock();for (size_t i = 0; i < 10000; i++)Test1();size_t end1 = clock();size_t begin2 = clock();for (size_t i = 0; i < 10000; i++)Test2();size_t end2 = clock();cout << "Test1-time: " << end1 - begin1 << endl;cout << "Test2-time: " << end2 - begin2<< endl;return 0;
}

返回值也是一样的道理,如果我返回的是一个值,那么返回的就是一份临时拷贝,效率是十分低下的:


3 引用和指针的区别

从语法上看,引用和被引用的对象共用一块空间:

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

打印出来的地址也是一样的。

如果从汇编代码看,底层来讲,引用也是有自己的独立空间的:

结合使用了指针的汇编来看的话,它们的底层实现是一样的,所以引用实际上也是开辟了空间的。

实际上引用和指针的区别是比较大的,这里就列举几点比较重要的:
1·引用在定义时必须初始化,指针没有要求

2· 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

4·有多级指针,但是没有多级引用

5·引用比指针使用起来相对更安全

6·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


4 内联函数

4.1 内联函数的定义

内联函数是被inline修饰的函数,使用频繁且代码量小的情况下会使用内联函数,实际上就是一种空间换取时间的做法,因为编译期间会在函数处将函数代码展开,有点像预处理期间的头文件展开,那么为什么是空间换时间呢?
因为函数展开了就相当于把一段代码放过去,没有单独的函数栈帧开销,所以时间上会省事,但是因为代码量的增加,所以生成的可执行文件占用的存储空间是会变大的,一旦内联函数的代码量大了一点,频繁使用之后可执行程序的内存大小加的可不是一点,所以要求内联函数的代码量是少量代码。

int Add(int x,int y)
{return x + y;
}int main()
{int ret = 0;ret = Add(1, 2);return 0;
}

我们知道call一个函数,就是给函数一个地址,并给它开辟函数栈帧,那么没有被inline修饰之前是有call的,在被inline修饰之后:

inline int Add(int x,int y)
{return x + y;
}int main()
{int ret = 0;ret = Add(1, 2);return 0;
}

发现Add那里没有call对应的汇编代码,在release模式下我们只需要看有没有call就行,在debug模式下我们要进行相应的设置:

要在这两个地方修改:

可以看到依旧是没有关于call的汇编代码,直接就相加了,这就是内联函数空间换取时间的做法。

那儿有人不解,编译阶段代码展开,不就类似于宏定义吗,直接定义一个宏难道不香吗?

对于宏,宏有时候确实是方便的,但是实现复杂的功能的时候,宏有时候非常抽象,更重要的一点是宏不能调试,在括号等小细节上容易出错,也没有类型检查,所以该使用内联函数的时候还是使用内联函数吧!

4. 2 内联函数的特性

虽然内联函数是空间换时间的,但是实现的时候还得看编译器,不同编译器关于inline的实现机制可能不同,一般来说将函数规模较小不是递归频繁调用的函数采用inline修饰。

在C++Prime第五版中关于内联函数是这样建议的:

内联函数不建议分离和定义分离,这样会导致链接的时候找不到函数的地址:

// F.h
#include <iostream>
using namespace std;
inline void Func(int i);
// F.cpp
#include "F.h"
void Func(int i)
{cout << i << endl;
}
// main.cpp
#include "F.h"
int main()
{Func(10);return 0;
}

5 关键字auto

5.1关于命名的思考 

学习auto之前,我们思考一个问题,就是随着程序的复杂程度,命名也变成了一个难点,命名长的时候体现在类型名难于拼写含义不够明确

如下代码:

#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;
}

std::map::iterator ,std::string>::iterator是一个类型,难于拼写的同时含义还不够明确,那么typedef可以解决吗?typedef 可以解决一些命名问题,但是碰到这种就哦豁了:

typedef char* pc;
int main()
{const pc p1;const pc* p2;return 0;
}

 p1是会报错的,因为const修饰是指针本身,代码可以理解为char* const p1,那么const修饰的指针是要初始化的,第二个不报错因为可以理解成const char* p2,修饰的是指向的对象可以不用进行初始化,所以第一个会报错。

即有时候赋值给变量是含义不明确的,所以委员会给了auto一个新含义。

5.2 关于auto的发展

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。

简单理解来说就是auto可以用来自动推导变量类型:

typedef char* pc;
int main()
{int a = 1;auto b = a;auto c = 12.34;cout << typeid(a).name() << endl;cout << typeid(b).name() << endl;cout << typeid(c).name() << endl;return 0;
}

这里介绍一个关键字typeid,用法记住就行,用来判断变量的类型的,打印出来的结果就是int int double。

就和引用一样,auto修饰变量的时候也要初始化,不初始化它哪里知道变量是什么类型的呢?

5.3 auto使用规则

auto修饰指针的时候有两种修饰方法:

int main()
{int a = 1,b = 1;auto pa = &a;auto* pb = &b;
}

auto后面加不加*都是可以的。

但是auto修饰引用类型的时候&是一定要加的:

int main()
{int a = 1;auto& pa = a;
}

当auto修饰多个变量的时候,如果类型不同也是不可以的:

	auto b = 1, c = 2.3;

这时候会报错,因为初始化类型不同。

auto有两个不能推导的情况:

1 auto不能用于充当函数参数

这就有点像auto修饰的变量没有初始化,所以会报错

int Add(auto x)
{return 1;
}

2 auto不能用于修饰数组

int main()
{auto arr[10] = { 0 };return 0;
}


6 范围for的使用

在C语言里面,我们遍历一个数组通常采用for的方式:

int main()
{int arr[10] = { 0 };for (int i = 0; i < 10; i++){;}return 0;
}

在C++里面,对于一个有确定范围的循环,是可以使用范围for的,省时省力:
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

int main()
{int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,0 };for (auto a : arr){cout << a << " ";}return 0;
}

这时候auto的妙用就出来了,可以自动识别类型。

这段代码的意思就是自动遍历数组arr,将数组里面的元素依次放到a里面,所以a是一个用来接收数组元素的一个临时变量,打印的时候打印的就是a,所以数组里面的元素是没有被修改的,想要修改,那么引用类型就可以:

int main()
{int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,0 };for (auto& a : arr){a *= 2;}for (auto a : arr){cout << a << ' ';}return 0;
}

但是范围for的话只能用于从0开始遍历,不能从某个地方开始遍历或者是倒着遍历,而且要求遍历的时候范围是可以确定的,也就是说数组类型int arr[m]的m一定是一个确定的值。

其余和普通循环无异,continue或者是break都可以正常使用。


7 空指针

NULL实际上是一个宏。

定义中表明NULL被宏定义为0或者是0强转的泛型指针,所以有时候使用空指针的时候不免会出现问题:

void Func(int)
{cout << "int" << endl;
}
void Func(int*)
{cout << "int*" << endl;
}
int main()
{Func(0);Func(NULL);Func((int*)NULL);
}

程序原本传NULL是为了访问int*的函数的,但是因为NULL被定义为0,所以打印出来的是int,所以要强转为(int*)才能访问第二个函数。

在C++11中为了区分开来,关键字nullptr表示空指针。

在C++11中,sizeof(nullptr) 与 sizeof((void*)0)所占的字节数相同。


以上就是C到C++引入的一些小语法,感谢阅读!

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