【C++】引用、内联函数等

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一、引用

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。

虽然引用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

使用方法：
类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体；

int n = 10;
int& m = n;
//m就是对n的一个引用

注意：引用类型必须和引用实体是同种类型的

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
3. 引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体

int n = 10;
int& m; //这条代码在编译时便会出错，就是因为定义时没有初始化

3.引用时的权限问题

在引用的过程中，权限可以平移，可以缩小，但不能放大
这么说可能有点抽象，下面给读者举个例子：

const int a = 10;
int& ra = a; // a变量被const修饰，具有常性不可修改，
             //引用后属于权限放大
const int& ra = a; //正确做法

int& b = 10; // 10是常量，属于权限放大
const int& b = 10;//正确做法

double d = 12.34;
int& rd = d; // 类型不同，不能引用

4 .使用场景

1. 做参数
   在C语言中，比如要实现数据交换函数必须得传址调用，因为形参的改变不影响实参。在C++中，可以直接传引用，通过引用可以直接访问实参。

	void Swap(int& left, int& right)
	{
    
    
	int temp = left;
	left = right;
	right = temp;
	}

2. 做返回值

	int& Count()
	{
    
    
	static int n = 0;
	n++;
	// ...
	return n;
	}

有一点需要注意的是，如果n变量出函数便会销毁，这时候通过引用访问这块地址会构成越界。
即如果函数返回时，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。

另外，传值返回的时候，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。而使用传引用返回便能大大提高效率。

5 .引用和指针的联系与区别

前面提到，引用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。但是，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。

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.概念

内联函数是一种用于提高函数执行效率的方法，它可以通过在编译时将函数体的副本插入到每个调用点来避免函数调用的开销，即没有函数调用建立栈帧的开销，提升程序运行的效率。
要将一个函数定义为内联函数，只需在函数定义前加上关键字 inline 即可。例如：

inline int max(int a, int b) {
    
    
  return (a > b) ? a : b;
}

2.注意点

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. 内联函数只是对编译器的一个建议，编译器可以根据自己的判断决定是否进行内联展开。有些情况下，编译器可能不会对内联函数进行内联，例如：
   函数体过大或过于复杂，包含循环、分支、递归等结构。
   函数是虚函数，并且进行了虚拟调用。
   函数的地址被取用或者通过指针进行了间接调用。
   函数使用了内联汇编或者 naked__declspec 修饰符。
   函数使用了变长参数列表或者异常处理机制。
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。
4. 在类中定义的成员函数默认都是隐式内联的，即使没有使用 inline 关键字。如果想在类外定义一个内联成员函数，需要在类内声明时和类外定义时都加上 inline 关键字。

三、auto关键字

1.概念

auto关键字是C++11引入的一种类型说明符，它可以让编译器根据变量的初始化表达式或者函数的返回值来推断变量的类型。使用auto关键字可以简化代码，避免重复输入冗长或复杂的类型名，提高代码的可读性和可维护性。

//使用auto关键字
auto i = 42; //i的类型是int
auto d = 3.14; //d的类型是double
auto s = "hello"; //s的类型是const char*
auto f = [](int x) {
    
     return x * x; }; //f的类型是一个lambda表达式

//不使用auto关键字
int i = 42;
double d = 3.14;
const char* s = "hello";
auto f = [](int x) {
    
     return x * x; }; //f的类型是一个lambda表达式

【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。

2.auto的使用细则

1. auto关键字不能单独使用，必须与一个初始化表达式或者函数返回值一起使用，否则编译器无法推断出变量的类型。
2. 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。

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. auto关键字可以与其他类型修饰符（如const, volatile, *, &等）一起使用，例如const auto& x = y;表示x是一个常量引用，其类型由y决定。
4. auto关键字会忽略顶层const和引用，除非显式指定。例如auto x = 42;和auto x = &42;都会推断出x的类型是int，而不是const int或者int&。
5. auto关键字不能用于函数参数或者模板参数，因为这些地方需要显式指定类型。但是可以用于函数返回值，如果函数体中有return语句，编译器会根据return语句的表达式来推断返回值的类型。
6. auto不能直接用来声明数组

   auto a[] = {
         
         1,2,3};
   

7. auto关键字不能用于强制转换或者运算符（如sizeof, typeid等），因为这些地方需要一个具体的类型名，而不是一个占位符。

四、 基于范围的for循环

1.概念

C++基于范围的for循环是C++11引入的一种新的循环语法，它可以让编译器根据一个容器或数组的范围来遍历其中的每个元素，而不需要显式地使用迭代器或下标。使用基于范围的for循环可以简化代码，提高代码的可读性和可维护性。例如：

//使用基于范围的for循环
vector<int> vec = {
    
    1, 2, 3, 4, 5};
for (int x : vec) //x是vec中每个元素的拷贝
{
    
    
    cout << x << " ";
}
cout << endl;

//不使用基于范围的for循环
vector<int> vec = {
    
    1, 2, 3, 4, 5};
for (vector<int>::iterator it = vec.begin(); it != vec.end(); ++it) //it是vec中每个元素的迭代器
{
    
    
    cout << *it << " ";
}
cout << 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。

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。
2. 迭代的对象要实现++和==的操作。

五、 指针空值nullptr

1.概念

C++指针空值nullptr是C++11引入的一种新的关键字，用于表示一个空指针，即不指向任何对象或函数的指针。使用nullptr可以避免使用NULL或0来初始化空指针，从而提高代码的可读性和可维护性。

2.使用注意

1. 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. nullptr是一种特殊的字面量，它可以被隐式转换为任何指针类型或者布尔类型，但不能被转换为其他类型。例如int x = nullptr;是错误的，因为nullptr不能转换为int类型。
3. nullptr的类型是nullptr_t，它是一种特殊的数据类型，用于表示空指针。nullptr_t只有一个值，就是nullptr。可以用decltype(nullptr)来获取nullptr_t的类型。
4. nullptr可以用于比较指针是否为空，或者比较两个空指针是否相等。例如if (p == nullptr)表示判断p是否为空指针；if (p == q)表示判断p和q是否都为空指针。

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