【C++初阶】第一站：C++入门基础(下)

前言：

紧接着上两篇文章，c++入门基础(上)：C++入门基础(上)

c++入门基础(中)：C++入门基础(中)

继续补充完c++初阶入门基础的知识点，本章知识点包括：

引用和指针的区别、内联函数、auto关键字(C++11)、基于范围的for循环(C++11)、指针空值nullptr(C++11)等补充知识。

6.引用

6.6 引用和指针的区别

7.内联函数

7.1概念

7.2 特性

8.auto关键字(C++11)

8.1 类型别名思考

8.2auto简介

特别注意：auto不能推导的场景

记住关键字:typeid

9.基于范围的for循环(C++11)

9.1 范围for的语法

10. 指针空值nullptr(C++11)

6.引用

6.6 引用和指针的区别

来看下面代码，右击鼠标转到反汇编:

可以看到汇编代码，大家都是一样的，解析下面的汇编代码：

dword 双字就是四个字节

ptr pointer缩写即指针

[]里的数据是一个地址值，这个地址指向一个双字型数据

比如mov eax, dword ptr [a] 把内存地址a中的双字型（32位）数据赋给eax

lea表示"load effective address"，表示对某个变量的地址进行加载，相当于取地址的操作。所以lea eax, [a]就是将a的地址赋给eax寄存器。

接着分别进行以下操作：

一样的转到反汇编：

引用和指针的不同点：(建议别背，从使用的角度区分)

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

7.内联函数

复习一下：实现一个ADD的宏函数

#define N 10

以下均为错误案例:

#define ADD(int x,int y) {return x+y;}
#define ADD( x, y) {return x+y;}
#define ADD( x, y) return x+y;

#define ADD(x,y) x+y;
#define ADD(x,y) x+y;
#define ADD(x,y) (x+y);//特别注意一下这一条为什么错误。

解析上面需要注意那条：

从以上可以简单看出宏函数的优缺点：

缺点：

1、容易出错，语法坑很多

2、不能调试

3、没有类型安全的检查

优点：

1、没有的类型的严格限制
2、针对频繁调用小函数，不需要再建立栈帧，提高了效率

引出我们的内联函数，也是不需要建立栈帧.

7.1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。

如果在上述函数前增加inline关键字将其改成内联函数， 在编译期间编译器会用函数体替换函数的调用。

查看方式：

1. 在release模式下，查看编译器生成的汇编代码中是否存在 call Add

2. 在debug模式下，需要对编译器进行设置，否则不会展开 ( 因为debug模式下，编译器默认不会对代码进行优化，以下给出vs2019的设置方式 )

在debug设置下默认是不会展开的:

在使用内联函数之前，需要进行以下设置：

展开是什么意思呢，就是不用调用函数，直接把函数里的功能直接拷贝放到main函数内实现：

而且解决了符号优先级的问题，因为函数传参，是把表达式算出结果再传进去的。

7.2 特性

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

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。下图为

《C++prime》第五版关于inline的建议：

编译器视为内联函数

因代码膨胀，编译器不视为内联函数

add是内联函数，func被编译器视为不是内联函数。

把func函数类冗余的代码删除：

这样就被视作为内联了。

测试代码：

#include<iostream>
#include<vector>
#include<string.h>

#define ADD(x,y) ((x)+(y))
inline int add(int x, int y)
{
	return x + y;
}
inline int func()
{
	int x1 = 0;
	int x2 = 0;
	int x3 = 0;
	int x4 = 0;

	int ret = 0;
	ret += x1;
    //以下代码全注释掉
	/*ret -= x2;
	ret -= x3;
	ret -= x3;
	ret -= x3;
	ret -= x3;
	ret -= x3;
	ret -= x3;
	ret -= x3;
	ret -= x3;
	ret -= x3;
	ret -= x3;
	ret -= x3;
	ret -= x3;
	ret -= x3;*/

	return 0;
}
int main()
{
	ADD(1, 2);
	printf("%d\n",ADD(1,2));
	printf("%d\n",ADD(1,2)*3);


	int a = 1, b = 2;
	//ADD(a | b, a & b);//（a | b + a&b）

	//int ret = add(1, 2);
	int ret = add(a | b, a & b);
	printf("%d\n",ret);

	ret = func();
	
	}

声明和定义分离

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

测试代码：

Func.h

#pragma once
#include<iostream>
using namespace std;
inline void  f(int i);

void fx();

Func.cpp

#include"Func.h"
void f(int i)
{
	cout << "f(int i)" << i << endl;
}
void fx()
{
	//既有声明，又有定义,是直接展开
	f(1);
}

main.cpp

#include "F.h"
int main()
{
	f(1);
    fx();
	return 0;
}

以上代码执行：

无法解析的外部符号"void_cdecl f(int)"(?f@@YAXH@Z)，函数 main 中用了该符号

说明：

在一个源文件形成可执行程序的阶段，预编译阶段的作用其中之一就是头文件的包含，实际上是展开：

所以说预编译之后，Func.cpp的代码其实是这个样子的：

#include <iostream>
using namespace std;
inline void f(int i);
void f(int i)
{
	cout << i << endl;
}

void fx()
{
    f(1);
}

编译器一看，f（）函数是一个内联(inline)，在调用的地方直接展开了，也就不会建立函数栈帧(不会有那一堆的汇编指令)，所以就没有函数地址了，也就不会进入符号表。

即Func.cpp的符号表中，f（）函数的地址是无效的。

在链接阶段，在这个main.cpp内调用f（）函数，就去查这个符号表，发现地址是无效的，就会报链接型错误。

(编译链接知识点欠缺的,传送🚪：编译链接基础知识（上）)

图解：

改正：

如何避免这个链接型错误？

那就让内联函数声明和定义不分离:这样的话在预编译阶段，就把Func.h内的头文件展开了,这样的话呢，在编译阶段就展开了，那么在main.cpp的符号表里面就有了f（）函数的地址，在链接阶段通过main函数里面的f()函数调用，一查符号表就找到了f（）函数。

Func.h

#pragma once
#include<iostream>
using namespace std;

inline void f(int i)
{
	cout << "f(int i)" << i << endl;
}
void fx();

Func.cpp

#include"Func.h"

void fx()
{
	//既有声明，又有定义,直接展开
	f(1);
}

main.cpp

#include"Func.h"
#include<stdio.h>
int main()
{
	//只有声明
	cout << "内联函数:" << endl;
	f(1);
	cout << "调用内联函数的函数:" << endl;
	fx();
}

以上代码执行：

C++有哪些技术替代宏

1. 常量定义换用const enum

2. 短小函数定义换用内联函数

8.auto关键字(C++11)

8.1 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

#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<std::string, std::string>::iterator是一个类型，但是该类型太长了，特别容易写错。

这时候想到咱们以前学过typdef：可以通过typedef给类型取别名，比如

#include <string>
#include <map>
typedef std::map<std::string, std::string> map;
int main()
{
	map m{ { "apple", "苹果" },{ "orange", "橙子" }, {"pear","梨"} };

	map::iterator it = m.begin();
	while (it != m.end())
	{
		//....
	}
	return 0;
}

使用typedef给类型取别名确实可以简化代码，但是typedef有会遇到新的难题：

typedef char* pstring;
int main()
{
     const pstring p1;    // 编译成功还是失败？
     const pstring* p2;   // 编译成功还是失败？
     return 0;
}

编译失败，因为const pstring p1;这行代码定义了一个常量指针，但没有初始化，编译器无法确定它指向的具体地址；而const pstring* p2;这行代码定义了一个指向常量指针的指针，但没有指定指针指向的类型，也无法确定它指向的具体地址。

在编程时，常常需要把表达式的值赋值给变量，这就要求在声明变量的时候清楚地知道表达式的类型。然而有时候要做到这点并非那么容易，因此C++11给auto赋予了新的含义

8.2auto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

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。

可以用来自动推导类型：

int main()
{
	int a = 0;
    //正常赋值是这样
    int b = a;
}

用auto之后:

根据右边的值推导出左边的值的类型：

int main()
{
	int a = 0;

	auto b = a;//int
	auto c = &a;//int*
	auto& d = a;//int
}

普通场景没有什么价值,类型很长，就有价值，简化代码

std::vector<std::string> v;
std::vector<std::string>::iterator it = v.begin();

可以简化为：

auto it = v.begin();

特别注意：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，因为编译器无法对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
void TestAuto()
{
    int a[] = {1,2,3};
    auto b[] = {4，5，6};
}
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。

记住关键字:typeid

C++里面有个typeid关键字，看变量的实际类型,拿到类型字符串(类型名)

#include<iostream>
#include<vector>
#include<string.h>
using namespace std;
int main()
{
	int a = 0;
	//int b = a;
	auto b = a;
	auto c = &a;
	auto& d = a;

	cout << typeid(c).name() << endl;
	cout << typeid(d).name() << endl;
	cout << typeid(it).name() << endl;

	return 0;
}

9.基于范围的for循环(C++11)

9.1 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：

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
	int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };

    // 定义一个数组，接着用for循环访问，之后遍历，正常的流程是这样的：
	for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++i)
		array[i] *= 2;

	for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++i)
		cout << array[i] << " ";
	cout << endl;

    return 0;
}

执行：

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。

代码测试:

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
    int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };

	// 范围for,依次取数组中的数据赋值给e,自定判断结束,自动迭代
   
    for (auto e : array)//范围for一般搭配auto使用，可以灵活地适应数组类型的变化
	{
		cout << e << " ";
	}
	    cout << endl;
}

代码执行：

分析以下代码的问题:预计打印 2 ，4，6，8，10

int main()
{
	int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
	for (auto x : array)
	{
		x *= 2;
	}
	for (auto e : array)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	//return 0;
}

实际打印：

我们知道范围for的作用就是:依次把数组里面的array[0]、array[1]...赋值给x，但是x的改变不会影响数组里面的值，所以要给一个引用：

那这时候的x赋值，每一次都是array[0]、array[1]...的别名,修改了x就是修改了数组的值:

注意不能这么写！！！：

其他知识后面再讲解。

10. 指针空值nullptr(C++11)

我们以之前所学的知识判断以下代码是这样匹配的：

但实际上都会匹配到第一个函数：

源于c++大佬们留下的一个坑：

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 // 在c++里面是这样定义的
#else
#define NULL ((void *)0) //不在c++里面，就是这样定义的，比如说c
#endif
#endif

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。

这个坑还不能随便改,形容的比较贴切：

c++里面为了填补这个坑：

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.

c++入门基础的知识讲解到此告一段落，如有错误，欢迎纠正，感谢来访。