【c++篇】:初识c++--编程新手的快速入门之道（二）

文章目录

  • 前言
  • 一.引用
    • 1.引用的概念
    • 2.引用的特性
    • 3.引用的使用场景
    • 4.常引用
    • 5.引用和指针的区别
  • 二.内联函数
    • 1.C语言的宏函数
    • 2.内联函数的概念
    • 3.内联函数的特性
  • 三.auto关键字
    • 1.`auto`的定义
    • 2.`auto`的使用规则
    • 3.`auto`不能推导的场景
  • 四.基于范围的for循环
    • 1.范围for的语法
    • 2.范围for的使用条件
  • 五.指针空值nullptr

前言

在上一篇文章中讲解了部分c++入门知识点，这篇文章将继续讲解剩下的知识点

一.引用

1.引用的概念

**引用（&)**不是新创建一个变量，而是为变量取别名。引用时共用一块空间，编译器不会新开辟空间。如图所示，b是a的别名，c是b的别名，它们的空间地址一样

using namespace std;
int main() {int a = 1;int& b = a;int& c = b;cout << &a << endl;cout << &b << endl;cout << &c << endl;return 0;
}

在这里插入图片描述

C语言中用指针对变量进行修改，而c++可以直接用引用进行修改。

using namespace std;
int main() {int a = 1;int& b = a;int& c = b;cout << a << " ";cout << b << " ";cout << c << " ";cout << endl;b++;cout << a << " ";cout << b << " ";cout << c << " ";cout << endl;c++;cout << a << " ";cout << b << " ";cout << c << " ";cout << endl;return 0;
}

在这里插入图片描述

2.引用的特性

  • 引用时必须初始化

    int a=0;
int &b;   //错误
int &b=a; //正确

  • 一个变量可以有多个引用

    int a=0;
int &b=a;
int &c=a;

  • 引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体

    int a=0;
int c=0;
int &b=a;
int &b=c;  //错误

3.引用的使用场景

  • 做参数

    我们之前用C语言写交换两个数的函数时需要用到指针传参，而c++中可以直接用引用做参数。比如下面的代码中，形参a,b就是实参x,y的别名（也就是引用），形参a,b交换，实参x,y也会交换。引用做参数可以提高函数调用的效率。

    using namespace std;
//用指针做参数
void Swap1(int*a,int*b){int t=*a;*a=*b;*b=t;
}
//用引用做参数
void Swap2(int&a,int&b){int t=a;a=b;b=t;
}
int main(){int x=10,y=20;Swap1(&x,&y);cout<<x<<" "<<y<<endl;x=10,y=20;Swap2(x,y);cout<<x<<" "<<y<<endl;return 0;
}

    在这里插入图片描述

  • 做返回值

    函数传值返回时，会生成一个临时变量用来拷贝返回值，而引用做返回值时，不用生成临时变量，减少了拷贝，提高了效率。

    int& Count(){static int n=0;n++;return n;
}
int main(){int ret=Count();return 0;
}

    上面这段代码，返回的n在静态区，所以函数调用结束时，n依然还在。而下面这段代码则是引用做返回值时的错误用例：

    int& Count(){int n=0;n++;return n;
}
int main(){int ret=Count();return 0;
}

    不同的是下面的n是局部变量，当函数调用结束时，栈帧销毁，如果没有清理栈帧，ret可能是正确值，如果清理栈帧，ret就会是一个随机值。而如果接受也是引用时，那么ret就一定是随机值。比如：

    int& Count(){int n=0;n++;return n;
}
int main(){//ret是n的别名int& ret=Count();return 0;
}

总结：

  • 基本任何场景都可以用引用传参。
  • 谨慎使用引用做返回值，出了函数作用域，对象不在就不能用引用返回，还在就可以用引用返回。

4.常引用

int main(){const int a=0;int& b=a;     //不可以，权限不能放大const int c=0;int d=c;      //可以，c拷贝给d，权限平移，d的改变不影响cint x=0;const int& y=x;//可以，权限缩小，如果x改变，y也会改变，但不能通过y来修改xdouble dd=1.11;int ii=dd;        //可以，借助int临时变量const int& rii=dd;//不可以，临时变量具有常性
}

5.引用和指针的区别

  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)
  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

二.内联函数

1.C语言的宏函数

我们首先来看下面这段代码：

int Add(int x,int y){return x+y;
}
int main(){for(int i=0;i<10000;i++){cout<<Add(i,i+1)<<endl;}return 0;
}

在调用函数时，每调用一次函数，就要在栈区创建和销毁一次空间，而我们上面这一段代码，频繁地调用函数，就会频繁地建立栈帧，大大降低了效率，为了解决这一情况，C语言用宏函数来替换：

#define Add(x,y) ((x)+(y))

利用宏函数来替换，不需要建立栈帧，大大提高调用效率。但缺点就是写起来较为复杂，容易出错，可读性差并且不能调试。

而在c++中为优化这一点，增加了新的内联函数inline。

2.内联函数的概念

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，没用调用函数建立栈帧，提升程序运行的效率。

还是上面的这一段代码：

//在函数类型前加上inline关键字
inline int Add(int x,int y){return x+y;
}
int main(){for(int i=0;i<10000;i++){cout<<Add(i,i+1)<<endl;}return 0;
}

3.内联函数的特性

  • inline是一种以空间换时间的做法，编译器将函数当成内联函数处理时，在编译阶段，会展开整个函数体来替换函数调用。少了调用开销，大大提高程序运行效率。
  • 内联函数只适合函数规模较小的（也就是函数不是很长），不是递归且频繁调用的函数用inline修饰。比如函数fun()有50行代码，如果fun()不是内联函数时，10000个位置调用函数，合计共10000+50行，如果fun()是内联函数，合计共10000*50行。这就会使目标文件变大。
  • 内联函数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，链接找不到。
//fun.h
#include<iostream>
using namespace std;
inline void fun(int i);//fun.cpp
#include"fun.h"void fun(int i) {cout << i << endl;
}//test.cpp
#include"fun.h"
int main() {int x = 10;fun(10);return 0;
}

在这里插入图片描述

最好声明和定义放在一起：

//fun.h
#include<iostream>
using namespace std;
void fun(int i) {cout << i << endl;
}//test.cpp
#include"fun.h"
int main() {int x = 10;fun(10);return 0;
}

三.auto关键字

1.auto的定义

在C语言的时候我们知道typedef关键字可以用来给一些类型取别名，对于一些较长的类型名时使用起来会很方便，比如，std::map<std::string,std::string>::iterator 是一个类型，但是该类型太长了，特别容易写错，于是可以通过typedef给类型取别名

typedef std::map<std::string, std::string> Map;

使用typedef确实可以简便代码，但是也会遇到一些特殊情况：

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

在这里插入图片描述

c++为了解决这一情况将auto赋予了新的含义。

c++11中，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;return 0;
}

在这里插入图片描述

2.auto的使用规则

  • 使用auto时，一定要初始化，在编译阶段编译器需要根据初始化表达式来推到实际类型，然后将auto替换为变量的实际类型。

  • auto声明指针类型时，auto和auto*没有区别，但是auto声明引用类型时必须加上&。

    int main() {int a = 10;auto b = &a;auto* c = &a;auto& d = a;cout << typeid(b).name() << endl;cout << typeid(c).name() << endl;cout << typeid(d).name() << endl;*b = 20;*c = 30;d = 40;return 0;
}

    在这里插入图片描述

  • 在同一行定义多个变量时，这些变量必须是相同的类型，否则编译器会报错。

    void Testauto(){auto a=1,b=2;auto c=1,d=1.1;
}

    在这里插入图片描述

3.auto不能推导的场景

  • auto不能作为函数的参数

    void TestAuto(auto a){cout<<a<<endl;
}

    在这里插入图片描述

  • **auto不能直接用来声明数组**

    void TestAuto(){int a[]={1,2,3};auto b[]={4,5,6};
}

    在这里插入图片描述

四.基于范围的for循环

1.范围for的语法

在C语言或者c++98中，我们如果要遍历一个数组，通常会按照以下方式进行

using namespace std;
int main() {int array[] = { 1,2,3,4,5,6 };for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(int); i++) {array[i] *= 2;}for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(int); i++) {cout << array[i] << " ";}cout << endl;return 0;
}

而在之后的c++11更新中，引入了基于范围的for循环，对于一个有范围的集合，在遍历时可以自动识别循环范围。for循环后的括号由: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。

using namespace std;
int main() {int array[] = { 1,2,3,4,5,6 };for (auto& e : array) {//每一项都乘以2e *= 2;}for (auto& e : array) {cout << e << " ";}cout << endl;return 0;
}

在这里插入图片描述

和普通的for循环一样，范围for循环也可以用continue结束本次循环，也可以用break直接结束整个循环。

2.范围for的使用条件

for循环迭代的范围必须是确定的。

对于一个数组，就是数组第一个元素和最后一个元素的范围；在之后学到类时，还有关于类的范围。

下面这一段代码就是错误的，因为for的范围不确定，数组名作为参数传过来，我们只知道数组第一个元素，而不确定最后一个。

using namespace std;
void TestFor(int array[]){for(auto e:array){cout<<e<<endl;}
}
int main(){int array[]={1,2,3,4,5,6};TestFor(array);return 0;
}

在这里插入图片描述

五.指针空值nullptr

在C语言的时候我们知道NULL表示空指针，但实际上NULL是一个宏，NULL被定义为字面常量0或者无类型指针(void*)的常量。在C语言的头文件(stddef.h)中可以看到以下代码：

#ifndef NULL
#ifdef _cplusplus
#define NULL   0
#else
#define NULL   ((void*)0)
#endif
#endif

在使用NULL不可避免的会遇到一些特殊情况，比如：

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

在这里插入图片描述

因为NULL被定义为0，因此程序默认调用了第一个函数void f(int)，如果要使NULL按照指针方式使用，必须1强制转换为`((void*)0)。

为了解决这个麻烦，在c++11时，引入了新关键字nullptr表示指针空值，在使用时，不需要包含头文件。

在上面的代码中加上这句，就会得到以下结果：

f(nullptr);

在这里插入图片描述

在c++11中，sizeof(nulllptr)与sizeof((void*)0)所占的字节数相同。
以上就是关于c++入门部分的讲解，如果哪里有错的话，可以在评论区指正，也欢迎大家一起讨论学习，如果对你的学习有帮助的话，点点赞关注支持一下吧！！！
在这里插入图片描述

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