【C++初窥门庭】C++入门（二）
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。【注意】 使用auto定义变量时必须对其进行初始化，在编译阶段编译器需要根据初始化
目录
一、 引用
1.1 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。
比如：孙悟空，可以称他为齐天大圣又或者是弼马温斗战胜佛，其实这些名称都指向同一个人。
类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体；
#include<iostream>
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;
}
注意：引用类型必须和引用实体是同种类型的
1.2 引用特性
1. 引用在定义时必须初始化
2. 一个变量可以有多个引用
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
int a = 1;
int& b = a;
int& c = b;
return 0;
}3. 引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体
1.3 常引用
当值返回、类型提升、类型截断都会先将值赋给临时变量，而临时变量具有常属性(不能被改变)。
变量权限可以缩小、可以平移不可以放大
void TestConstRef()
{
const int a = 10;
//int& ra = a; // 编译出错，const int不能修改变量
// int&可以修改变量，属于权限的放大
const int& ra = a;//编译不出错，const int不能修改变量
//const int&不能修改变量，属于权限的平移
int m = 0; //编译不出错，
const int& n = m;// const不能修改变量，属于权限的缩小
double d = 12.34;
//int& rd = d; // 该语句编译时会出错，类型发生截断，生成临时变量，具有常属性
const int& rd = d;//用const修饰之后rd不能改变，属于权限的平移
}1.4 使用场景
1. 做参数
在C语言中交换两个变量，我们需要传地址，而在C++中我们只需要用他们的别名即可，也就是引用。
void Swap(int& left, int& right)
{
int temp = left;
left = right;
right = temp;
}
2. 做返回值
int& Add(int a, int b)
{
int c = a + b;
return c;
}
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。
1.5 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。
1.测试的当返回值分别是是传值和传引用的效率
#include <time.h>
struct A{ int a[10000]; };
A a;
// 值返回
A TestFunc1() { return a;}
// 引用返回
A& TestFunc2(){ return a;}
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;
}
通过上述代码的比较，发现返回引用返回和值返回在作为返回值时引用返回效率高一些。
2.测试的当参数分别是是传值和传引用的效率
#include <time.h>
struct A{ int a[10000]; };
void TestFunc1(A a){}
void TestFunc2(A& a){}
void TestRefAndValue()
{
A a;
// 以值作为函数参数
size_t begin1 = clock();
for (size_t i = 0; i < 10000; ++i)
TestFunc1(a);
size_t end1 = clock();
// 以引用作为函数参数
size_t begin2 = clock();
for (size_t i = 0; i < 10000; ++i)
TestFunc2(a);
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;
}
通过上面的结果显示，传引用相比较传值效率高一些
1.6 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。
在底层实现上实际是有空间的，因为引用是按照指针方式来实现的。
int main()
{
int a = 10;
int& ra = a;//引用
ra = 20;
int* pa = &a;//指针
*pa = 20;
return 0;
}
从底层汇编指令实现的角度来看引用是类似指针的方法实现的
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
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
2.1 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。
就拿简单的加法函数举例：
通过上面的两张图片我们不难看出有无inline函数的区别，在没有inline的条件下需要call跳转到函数上，而在有inline的条件下直接跳转的函数体，减少了跳转的步骤。
2.2 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。 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。
3. 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。
// 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);
return 0;
}
原因很简单， 当函数为内联函数时调用函数时不会直接跳转到函数内，而是将调用其函数内的函数体，没有函数的地址，在汇编过程中，函数名也不会进入符号表，在 F.cpp文件中展开 F.h 文件，而 F.h文件中只有声明，在调用过程中没有内容可以替换，那么就会去调用函数，而在符号表中又找不到这个函数，那么就会报错。
三、auto关键字(C++11)
3.1 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
int main()
{
int a = 0;
int b = a;
auto c = a; // 根据右边的表达式自动推导c的类型
auto d = 1 + 1.11; // 根据右边的表达式自动推导d的类型
cout << typeid(c).name() << endl;
cout << typeid(d).name() << endl;
vector<int> v;
// 类型很长
//vector<int>::iterator it = v.begin();
// 等价于
auto it = v.begin();
std::map<std::string, std::string> dict;
//std::map<std::string, std::string>::iterator dit = dict.begin();
// 等价于
auto dit = dict.begin();
return 0;
}
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。
这是当你使用 auto 声明一个变量时，你不需要显式指定变量的类型。编译器会根据初始化表达式自动推断出变量的类型。
3.2 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。
【注意】 使用auto定义变量时必须对其进行初始化，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。因此auto并非是一种“类型”的声明，而是一个类型声明时的“占位符”，编译器在编 译期会将auto替换为变量实际的类型。
3.3 auto的使用细则
1. auto与指针和引用结合起来使用
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;
}
2. 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
}
3.4 auto不能推导的场景
1. auto不能作为函数的参数
2. auto不能直接用来声明数组
3. 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
4. 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。
四、基于范围的for循环(C++11)
4.1 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：
void TestFor()
{
int arr[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
for (int i = 0; i < sz; ++i)
arr[i] *= 2;
for (int* p = arr; p < arr+sz; ++p)
cout << *p << endl;
}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。
void TestFor()
{
int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
for (auto& e : array)
e *= 2;
for (auto e : array)
cout << e << endl;
}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。
4.2 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)
cout<< e <<endl;
}原因：因为C++兼容C语言，数组名作为参数传参，那么编译器会把数组名认为是地址，而不是数组，所以编译出错。
五、指针空值nullptr(C++11)
5.1 C++98中的指针空值
nullptr的出现实际上是为了补救 C++ 98 中 NULL的坑。
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.
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;
}
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。
但是因为有些程序员就是把NULL当做0来使用，也不能将NULL的内容直接改变，所以nullptr就出现了。
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) 与 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。
六、结尾
如果有什么建议和疑问，或是有什么错误，希望大家可以在评论区提一下。
希望大家以后也能和我一起进步！！
这一篇万字C++入门也是写了一段时间，如果这篇文章对你有用的话，请大家给一个三连支持一下！！
谢谢大家收看🌹🌹
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