【C++】初始C++(2)

目录

1 内联函数

1.1 内联函数概念

​编辑1.2 内联函数的特性

2 auto关键字(C++11)

2.1 auto的概念

2.2 auto使用细则 

2.2.1 auto与指针和引用结合起来使用

2.2.2 在同一行定义多个变量

2.3 auto不能使用的场景

3 基于范围的for循环(C++11)

3.1 范围for语法

3.2 范围for的使用条件

4 指针空值nullptr(C++11)


往期回顾:【C++】初始C++(1)


1 内联函数

1.1 内联函数概念

在C++中,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,内联函数能提升程序运行的效率。

内联函数是为了弥补C语言宏的不足而设计的。C语言的宏有三个明显的缺点:

        1.不方便调试宏。(因为预编译阶段进行了替换)
        2.导致代码可读性差,可维护性差,容易误用。
        3.没有类型安全的检查 。

于是C++就采用了新的方法来改善这种情况:

        1. 对于常量定义,换用const enum;
        2. 对于短小函数定义,采用内联函数的方式

我们先来看看内联函数在底层是如何实现的:

以下是未用inline修饰的情形:

下面是用inline修饰的情形:

从汇编代码可以发现,在函数前增加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,对于简单的函数就能节省调用的开销。

这里给出查看内联函数是否被替换的方法:

  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,需要修改一些参数)

以下给出在vs环境下,debug模式修改参数查看内联函数的方法,需要修改下述两个参数:

1.2 内联函数的特性

内联函数主要有三个特性:

  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,造成代码膨胀;    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。换句话说,内联函数只是向编译器发出的一个请求,编译器可以选择忽略这个请求;
  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,就没有函数地址进入符号表,链接环节就会找不到函数的地址从而报错。

2 auto关键字(C++11)

2.1 auto的概念

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,即早期的auto关键字只能用于修饰局部变量,但是自从规定所有的非全局变量的缺省值都假定为auto之后,auto就几乎没人使用了。

在C++11中,auto关键字是用来自动推导表达式或变量的实际类型的,是一种类型指示符

随着程序越来越复杂,程序中经常会用到很多非常复杂的类型,主要体现在两个方面:

  1. 类型难以拼写;
  2. 含义不明确导致容易出错。

如以下程序:

#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;
}

这就是我们提到的第一种情况。其中std::map<std::string, std::string>::iterator 是一个类型,看上去就知道非常难以拼写,非常不方便。

在C语言中,可以采用typedef的方式对其进行重命名,但是使用typedef还会产生新的问题。

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;
}

上述程序中,我们将char*重命名成新的类型pstring。

对于p1,其类型是pstring,同时用const修饰。直接编译会报错

 这是因为p1直接被const进行修饰,是一个常变量,常变量的创建必须初始化。

而对于p2,编译器并不会报错,这是因为p2是一个指针,指向的是类型为pstring的对象。const直接修饰的是pstring而非p2。

同时,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。

为了解决上述的问题,在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。

通俗一点来说,就是新的auto更加“智能”了,可以通过具体情况自动分析类型。因此使用auto时需要特别注意:

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auto替换为变量实际的类型。

2.2 auto使用细则 

2.2.1 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,编译器都会自动处理。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;
}

2.2.2 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;//该行代码编译成功
    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
}

2.3 auto不能使用的场景

1. 不能作为函数参数

// 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. 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。

3 基于范围的for循环(C++11)

3.1 范围for语法

在C++98中,想要遍历一个数组可以按照如下方式进行:

void TestFor()
{
    int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
    for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++i)
        array[i] *= 2;
    for (int* p = array; p < array + sizeof(array)/ sizeof(array[0]); ++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 };

    //范围for
	//依次取数组中的数据赋值给e
	//自动判断结束
	//自动迭代
    for(auto& e : array)
        e *= 2;
    for(auto e : array)
        cout << e << " ";
    return 0;
}

3.2 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。

4 指针空值nullptr(C++11)

在C++98中,对于空指针的描述我们总是习惯用NULL,但是这种方式是有问题的。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,比如如下程序:

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;
}

运行结果:

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,编译器将NULL替换成了整形常量0,因此NULL并不是作为一个指针被调用的,如果要将其按照指针方式来使用,必须对其进行强制类型转换。这就是NULL一个比较坑的地方,算是早期C++的一个bug。

于是在C++11中就使用nullptr来填补了这个坑,nullptr的值也是0,但是它的类型就是void*。如今的C++编程中更喜欢用nullptr代替NULL。

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。

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转载自blog.csdn.net/fbzhl/article/details/131971440