【C++】引用和一些小语法扩展

【C++】引用和一些小语法扩展
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1.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：刘备，别人可以称他为"刘玄德"，也可以称"刘皇叔"。

类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体；

作用：给变量起别名

语法： 数据类型 &别名 = 原名

实例
```
#include
using namespace std;
int main()
{
	int a = 10;
	int& ra = a;//ra就是a的引用

	cout << &a << endl;
	cout << &ra << endl;
	return 0;
}
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```
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
3. 引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体
```
#include
using namespace std;
int main()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	// int &ra;  不初始化编译器会报错(引用必须初始化)
	int& ra = a;//ra就是a的引用
	int& rra = a;//rra也是a的引用

	ra = b; //这是赋值操作，不是更改引用

	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;

	return 0;
}

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```
1…3 常引用

作用：常量引用主要用来修饰形参，防止误操作

在函数形参列表中，可以加const修饰形参，防止形参改变实参
```
void Test()
{
	//不加const值可以修改，加const让它权限缩小，无法修改
	//记住权限只能缩小，不能扩大
	const int a = 10;
	int b = 20;
	//权限不能扩大
	//int& ra = a;

	//权限平移
	int& rb = b;
	const int& ra = a;

	//权限缩小
	const int& rrb = b;

}

void TestConst()
{
	const int a = 10;
	//int& ra = a; // 该语句编译时会出错，a为常量(这里是权限扩大)
	const int& ra = a;

	// int& b = 10; // 该语句编译时会出错，b为常量(这里是权限扩大)
	const int& b = 10;

	double d = 12.34;
	//int& rd = d; // 该语句编译时会出错，类型不同
	const int& rd = d;
}
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1.4 使用场景
1. 做参数
作用：常量引用主要用来修饰形参，防止误操作

在函数形参列表中，可以加const修饰形参，防止形参改变实参
```
void Swap(int& left, int& right)
{
	int temp = left;
	left = right;
	right = temp;
}
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```
1. 做返回值
要注意的是引用做返回值要求变量出了作用域还存在（比如static修饰的变量…）

不要返回局部变量引用
```
错误用法（n出了作用域之后就销毁了）
//int& f()
//{
//	int n = 0;
//	n++;
//	return n;
//}
///
//正确用法    用引用作返回要保证该返回值出了作用域还存在
int& f()
{
	 static int n = 0;
	n++;
	return n;
}
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一个错误的例子

下面代码输出什么结果？为什么？
```
#include
using namespace std;
int& Add(int a, int b)
{
	int c = a + b;
	return c;
}
int main()
{
	int& ret = Add(1, 2);
	Add(3, 4);
	cout << "Add(1, 2) is :" << ret << endl;
	return 0;
}
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简单来说就是：第一次调用Add（1，2）的时候，因为是引用返回，导致ret还是指向那个空间，但是那块空间却因函数执行结束而销毁，而销毁后的值就是由编译器却实现，可能是随机值，也可以会被后续调用其他函数，而被其他函数将它原来的值覆盖掉，而这里正好是被第二次Add（3,4）调用覆盖了值，所以输出了7（其他编译器可以结果不一样，具体看编译器怎么实现）

这里主要是想通过这个例子说明，引用做返回值要注意它出了作用域还要存在，不然就会存在上面的bug！！！

最后再提醒：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。

实例
```
#include
#include 
using namespace std;
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 < 1000000; ++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 < 1000000; ++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;//传值运行时间
	cout << "TestFunc2(A&)-time:" << end2 - begin2 << endl;//引用传值运行时间
}

int main()
{
	TestRefAndValue();
	return 0;
}
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1.5.2 值和引用的作为返回值类型的性能比较
```
#include
#include 
using namespace std;
#include 
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 < 1000000; ++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 < 1000000; ++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;
}
int main()
{
	TestReturnByRefOrValue();
	return 0;
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说明传值和传引用之间的效率还是有区别的，特别在数据类型特别大的情况下，传引用的效率就越发明显。

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
```
int main()
{
    int a = 10;
    int& ra = a;
    cout<<"&a = "<<&a<<endl;
    cout<<"&ra = "<<&ra<<endl;
    return 0;
}
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```
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。

1.6.2 引用的本质

本质：引用的本质在c++内部实现是一个指针常量.
```
#include
using namespace std;

int main() {
	int a = 10;

	int* pa = &a;//定义一个指针变量

	//自动转换为 int* const ref = &a; 指针常量是指针指向不可改，也说明为什么引用不可更改
	int& ref = a;
	ref = 20; //内部发现ref是引用，自动帮我们转换为: *ref = 20;

	return 0;
}
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我们来看下引用和指针的汇编代码对比

结论：C++推荐用引用技术，因为语法方便，引用本质是指针常量，但是所有的指针操作编译器都帮我们做了

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
2.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。

在没有使用inline关键字的时候，使用Add()函数是需要调用函数的，在汇编的调用函数的指令为“call”

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。 (也就表示在汇编中不在是用call指令调用函数，这个作为等下判断函数是否展开的依据)

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vs2013的设置方式)
可以看到，这一次汇编中并没有“call”指令，验证了函数加inline修饰后，会在该地方展开

 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。下图为
  《C++prime》第五版关于inline的建议
1. 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
```
//Add.h
inline int Add(int a, int b);


//Add.cpp
#include"test.h"

int  Add(int a, int b)
{
	return a + b;
}

//test.cpp
#include"test.h"
int main()
{
	int ret =Add(1,2);
	return 0;
}
//无法解析的外部符号 "int __cdecl Add(int,int)" (?Add@@YAHHH@Z)，函数 _main 中引用了该符号
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2.3 内联函数和宏的区别

宏

优点

1.增强代码的复用性。

2.提高性能。

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。
内联函数

优点：
1. 有类型检测，更加的安全
2. 内联函数是在程序运行时展开，而且是进行的是参数传递
3. 编译器可以检测定义的内联函数是否满足要求，如果不满足就会当作普通函数调用（内联函数不能递归，内联函数不能太大**
缺点：代码变长，占用更多内存
- 对比
相同点：

两者都是可以加快程序运行效率，使代码变得更加通用

不同点：
1. 内联函数的调用是传参，宏定义只是简单的文本替换
2. 内联函数可以在程序运行时调用，宏定义是在程序编译进行
3. 内联函数有类型检测更加的安全，宏定义没有类型检测
4. 内联函数在运行时可调式，宏定义不可以
5. 内联函数可以访问类的成员变量，宏不可以
6. 类中的成员函数是默认的内联函数
3.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
比如下面的这段代码
```
#include 
#include 
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();
	return 0;
}

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std::map::iterator 是一个类型，但是该类型太长了，特别容
易写错。聪明的朋友可能已经想到：可以通过typedef给类型取别名，比如：
```
#include 
#include 
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();
	return 0;
}
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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？失败//p1是指向char的常量指针；
	const pstring* p2; // 编译成功还是失败？成功//p2是一个指针，它的对象是指向char的常量指针；
	return 0;
}
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```
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

 3.2 auto简介

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 **。
```
#include
using namespace std;
int TestAuto()
{
	return 10;
}
int main()
{
	int a = 10;
	auto b = a;
	auto c = 'a';
	auto d = TestAuto();
	cout << typeid(b).name() << endl;
	cout << typeid(c).name() << endl;
	cout << typeid(d).name() << endl;

	//下面的无法通过编译，使用auto定义变量时必须对其进行初始化
	//auto f;
	//auto e; 
	return 0;
}

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【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&
```
#include
using namespace std;
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;
}
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1. 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 test()
{
	auto a = 10, b = 20;//同一类型可以同一行定义
	auto c=30, d=3.14// 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
}
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3.4 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)
{}
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1. auto不能直接用来声明数组
```
void TestAuto()
{
int a[] = {1,2,3};
auto b[] = {4，5，6};
}
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4. 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：
```
#include
using namespace std;
int main()
{
	int arr[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	for (int i = 0; i < sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); ++i)
	{
		cout << arr[i] << endl;
	}
	return 0;
}
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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。 **
```
#include
using namespace std;
int main()
{
	int arr[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	for (auto e : arr)
		cout << e << endl;

	return 0;
}
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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;
}
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5.指针空值nullptr(C++11)

5.1 C++98中的指针空值

在良好的C/C++编程习惯中，声明一个变量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
方式对其进行初始化：
```
int main()
{
	int* p1 = NULL;
	int a = 0;
	return 0;
}
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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
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```
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：
```
void f(int)
{
	cout << "f(int)" << endl;
}
void f(int*)
{
	cout << "f(int*)" << endl;
}
int main()
{
	f(0);
	f(NULL);//NULL是空指针，按正常来说应该执行f(int*)，但实际并没有
	f((int*)NULL);
	return 0;
}
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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。

正是因为这历史遗留的bug，为了让C++向前兼容，C++委员会并没有在原来的地方上改掉这个bug，而是后来在这方面打了个补丁：加了nullptr关键字来表示空指针

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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原文地址：https://blog.csdn.net/dongming8886/article/details/127030300

文章目录

1.引用

1.1 引用概念

1.2 引用特性

1…3 常引用

1.4 使用场景

1.5 传值、传引用效率比较

1.5.2 值和引用的作为返回值类型的性能比较

1.6 引用和指针的区别

1.6.2 引用的本质

2.内联函数

2.1 概念

2.2 特性

2.3 内联函数和宏的区别

3.auto关键字(C++11)

3.1 类型别名思考

3.2 auto简介

3.3 auto的使用细则

3.4 auto不能推导的场景

4. 基于范围的for循环(C++11)

4.1 范围for的语法

4.2 范围for的使用条件

5.指针空值nullptr(C++11)

5.1 C++98中的指针空值