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引用

引用的概念

引用不是定义一个变量，而是已存在的变量取了一个别名，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。

其使用的基本形式为：类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体。

#include 
using namespace std;
int main()
{
	int a = 10;
	int& b = a;//给变量a去了一个别名，叫b
	cout << "a = " << a << endl;//a打印结果为10
	cout << "b = " << b << endl;//b打印结果也是10
	b = 20;//改变b也就是改变了a
	cout << "a = " << a << endl;//a打印结果为20
	cout << "b = " << b << endl;//b打印结果也是为20
	return 0;
}
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注：引用类型必须和引用实体是同种类型。

引用的特性

一、引用在定义时必须初始化
正确示例：

int a = 10;
int& b = a;//引用在定义时必须初始化
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错误示例：

int c = 10;
int &d;//定义时未初始化
d = c;
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二、一个变量可以有多个引用
例如：

int a = 10;
int& b = a;
int& c = a;
int& d = a;
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此时，b、c、d都是变量a的引用。
三、引用一旦引用了一个实体，就不能再引用其他实体
例如：

	int a = 10;
	int& b = a;
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此时，b已经是a的引用了，b不能再引用其他实体。如果你写下以下代码，想让b转而引用另一个变量c：

	int a = 10;
	int& b = a;
	int c = 20;
	b = c;//你的想法：让b转而引用c
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但该代码并没有随你的意，该代码的意思是：将b引用的实体赋值为c，也就是将变量a的内容改成了20。

常引用

上面提到，引用类型必须和引用实体是同种类型的。但是仅仅是同种类型，还不能保证能够引用成功，我们若用一个普通引用类型去引用其对应的类型，但该类型被const所修饰，那么引用将不会成功。

int main()
{
	const int a = 10;
	//int& ra = a;    //该语句编译时会出错，a为常量
	const int& ra = a;//正确
	
	//int& b = 10;    //该语句编译时会出错，10为常量
	const int& b = 10;//正确
	return 0;
}
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我们可以将被const修饰了的类型理解为安全的类型，因为其不能被修改。我们若将一个安全的类型交给一个不安全的类型（可被修改），那么将不会成功。

引用的使用场景

一、引用做参数
 还记得C语言中的交换函数，学习C语言的时候经常用交换函数来说明传值和传址的区别。现在我们学习了引用，可以不用指针作为形参了：

//交换函数
void Swap(int& a, int& b)
{
	int tmp = a;
	a = b;
	b = tmp;
}
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因为在这里a和b是传入实参的引用，我们将a和b的值交换，就相当于将传入的两个实参交换了。

二、引用做返回值
当然引用也能做返回值，但是要特别注意，我们返回的数据不能是函数内部创建的普通局部变量，因为在函数内部定义的普通的局部变量会随着函数调用的结束而被销毁。我们返回的数据必须是被static修饰或者是动态开辟的或者是全局变量等不会随着函数调用的结束而被销毁的数据。

int& Add(int a, int b)
{
	static int c = a + b;
	return c;
}
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注意：如果函数返回时，出了函数作用域，返回对象还未还给系统，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。

引用和指针的区别

在语法概念上，引用就是一个别名，没有独立的空间，其和引用实体共用同一块空间。

int main()
{
	int a = 10;
	//在语法上，这里给a这块空间取了一个别名，没有新开空间
	int& ra = a;
	ra = 20;

	//在语法上，这里定义了一个pa指针，开辟了4个字节（32位平台）的空间，用于存储a的地址
	int* pa = &a;
	*pa = 20;
	return 0;
}
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但是在底层实现上，引用实际是有空间的：

从汇编角度来看，引用的底层实现也是类似指针存地址的方式来处理的。
引用和指针的区别（重要）：

1、引用在定义时必须初始化，指针没有要求。
2、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。

3、没有NULL引用，但有NULL指针。

4、在sizeof中的含义不同：引用的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）。
5、引用进行自增操作就相当于实体增加1，而指针进行自增操作是指针向后偏移一个类型的大小。
6、有多级指针，但是没有多级引用。
7、访问实体的方式不同，指针需要显示解引用，而引用是编译器自己处理。
8、引用比指针使用起来相对更安全。

内联函数

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，没有函数压栈的开销，内联函数的使用可以提升程序的运行效率。
 我们可以通过观察调用普通函数和内联函数的汇编代码来进一步查看其优势：

int Add(int a, int b)
{
	return a + b;
}
int main()
{
	int ret = Add(1, 2);

	return 0;
}
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下图左是以上代码的汇编代码，下图右是函数Add加上inline后的汇编代码：

从汇编代码中可以看出，内联函数调用时并没有调用函数这个过程的汇编指令。

内联函数的特性

1、inline是一种以空间换时间的做法，省了去调用函数的额外开销。由于内联函数会在调用的位置展开，所以代码很长或者有递归的函数不适宜作为内联函数。频繁调用的小函数建议定义成内联函数。
2、inline对于编译器而言只是一个建议，编译器会自动优化，如果定义为inline的函数体内有递归等，编译器优化时会忽略掉内联。
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。

宏的缺点及改进

内联本质是用空间换时间的一种做法，本质就是直接展开，不需要调用栈帧。在C语言中避免开栈帧我们通常使用宏来解决这个问题，但是宏具有以下缺点：

1、不方便调试(预编译阶段完成了替换)
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

宏具有以下优点：

1、增强代码的复用性
2、提高性能

C++有哪些技术替代了宏：
1、常量定义 换用const
2、函数定义 换成内联函数

auto关键字(C++11)

auto简介

在早期的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。
在C++11中，标准委员会赋予了auto全新的含义：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。

#include 
using namespace std;
double Fun()
{
	return 3.14;
}
int main()
{
	int a = 10;
	auto b = a;
	auto c = 'A';
	auto d = Fun();
	//打印变量b,c,d的类型
	cout << typeid(b).name() << endl;//打印结果为int
	cout << typeid(c).name() << endl;//打印结果为char
	cout << typeid(d).name() << endl;//打印结果为double
	return 0;
}
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auto的使用规则

一、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声明引用类型时必须加&。

#include 
using namespace std;
int main()
{
	int a = 10;
	auto b = &a;   //自动推导出b的类型为int*
	auto* c = &a;  //自动推导出c的类型为int*
	auto& d = a;   //自动推导出d的类型为int
	//打印变量b,c,d的类型
	cout << typeid(b).name() << endl;//打印结果为int*
	cout << typeid(c).name() << endl;//打印结果为int*
	cout << typeid(d).name() << endl;//打印结果为int
	return 0;
}
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注意：用auto声明引用时必须加&，否则创建的只是与实体类型相同的普通变量。

二、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。

int main()
{
	auto a = 1, b = 2; //正确
	auto c = 3, d = 4.0; //编译器报错：“auto”必须始终推导为同一类型
	return 0;
}
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auto不能推倒的场景

一、auto不能作为函数的参数
以下代码编译失败，auto不能作为形参类型，因为编译器无法对x的实际类型进行推导。

void TestAuto(auto x)
{}
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二、auto不能直接用来声明数组

int main()
{
	int a[] = { 1, 2, 3 };
	auto b[] = { 4, 5, 6 };//error
	return 0;
}
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基于范围的for循环(C++11)

范围for的语法

若是在C++98中我们要遍历一个数组，可以按照以下方式：

	int arr[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 };
	//将数组元素值全部乘以2
	for (int i = 0; i < sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); i++)
	{
		arr[i] *= 2;
	}
	//打印数组中的所有元素
	for (int i = 0; i < sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); i++)
	{
		cout << arr[i] << " ";
	}
	cout << endl;
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以上方式也是我们C语言中所用的遍历数组的方式，但对于一个有范围的集合而言，循环是多余的，有时还容易犯错。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。

	int arr[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 };
	//将数组元素值全部乘以2
	for (auto& e : arr)
	{
		e *= 2;
	}
	//打印数组中的所有元素
	for (auto e : arr)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
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注意：与普通循环类似，可用continue来结束本次循环，也可以用break来跳出整个循环。

范围for的使用条件

一、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。下面代码就是问题的：

void TestFor(int array[])
{
 for(auto& e : array)
 cout<< e <<endl;
}
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二、迭代的对象要实现++和==操作
 这是关于迭代器的问题，大家先了解一下。

指针空值nullptr

C++98中的指针空值

在良好的C/C++编程习惯中，在声明一个变量的同时最好给该变量一个合适的初始值，否则可能会出现不可预料的错误。比如未初始化的指针，如果一个指针没有合法的指向，我们基本都是按如下方式对其进行初始化：

int* p1 = NULL;
int* p2 = 0;
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NULL其实是一个宏，在传统的C头文件(stddef.h)中可以看到如下代码：

/* Define NULL pointer value */
#ifndef NULL
#ifdef __cplusplus
#define NULL    0
#else  /* __cplusplus */
#define NULL    ((void *)0)
#endif  /* __cplusplus */
#endif  /* NULL */
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可以看到，NULL可能被定义为字面常量0，也可能被定义为无类型指针(void*)的常量。但是不论采取何种定义，在使用空值的指针时，都不可避免的会遇到一些麻烦，例如：

#include 
using namespace std;
void Fun(int p)
{
	cout << "Fun(int)" << endl;
}
void Fun(int* p)
{
	cout << "Fun(int*)" << endl;
}
int main()
{
	Fun(0);           //打印结果为 Fun(int)
	Fun(NULL);        //打印结果为 Fun(int)
	Fun((int*)NULL);  //打印结果为 Fun(int*)
	return 0;
}
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程序本意本意是想通过Fun(NULL)调用指针版本的Fun(int* p)函数，但是由于NULL被定义为0，Fun(NULL)最终调用的是Fun(int p)函数。

**注：*在C++98中字面常量0，既可以是一个整型数字，也可以是无类型的指针(void)常量，但编译器默认情况下将其看成是一个整型常量，如果要将其按照指针方式来使用，必须对其进行强制转换。

C++11中的指针空值

对于C++98中的问题，C++11引入了关键字nullptr。
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，在后序表示指针空值时建议最好使用nullptr。