AI 助理
备案控制台
开发者社区 开发与运维 文章 正文

C++初阶之C++入门最全详解（下）

2023-07-25 109
版权
版权声明：
本文内容由阿里云实名注册用户自发贡献，版权归原作者所有，阿里云开发者社区不拥有其著作权，亦不承担相应法律责任。具体规则请查看《 阿里云开发者社区用户服务协议》和 《阿里云开发者社区知识产权保护指引》。如果您发现本社区中有涉嫌抄袭的内容，填写 侵权投诉表单进行举报，一经查实，本社区将立刻删除涉嫌侵权内容。
简介： 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。

7. 内联函数


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。比如：


#include<iostream>
#include <time.h>
using namespace std;
int Add(int left, int right)
{
  return left + right;
}
int main()
{
  int ret = 0;
  ret = Add(1, 2);
  return 0;
}

c012d7590bb34345964db9068d2c35dd.png


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vs2022的设置方式）


01e5e8da1a4a4d2fa8a22711923788d1.png

212dbb286ec04da6a75a5f235af9e564.png

1b849811468a400c84522b6570728266.png


#include<iostream>
#include <time.h>
using namespace std;
inline int Add(int left, int right)
{
  return left + right;
}
int main()
{
  int ret = 0;
  ret = Add(1, 2);
  return 0;
}


b319028d0bd242c3bee59a537cada163.png


7.2 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。《C++prime》第五版关于inline的建议：内联说明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。一般来说，内联机制用于优化规模较小、流程直接、频繁调用的函数。很多编译器都不支持内联递归函数，而且一个75行的函数也不大可能在调用点内联的展开。


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。比如下面代码就是一个典型的内联函数定义和声明分离


// F.h
#include <iostream>
using namespace std;
inline void f(int i);
// F.cpp
#include "F.h"
void f(int i)
{
 cout << i << endl;
}
// main.cpp
#include "F.h"
int main()
{
 f(10);
 return 0;
}
// 链接错误：main.obj : error LNK2019: 无法解析的外部符号 "void __cdecl f(int)" (?f@@YAXH@Z)，该符号在函数 _main 中被引用


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。可能有人会想可以通过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;
}


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。


8.2 auto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，但遗憾的是一直没有人去使用它，大家可思考下为什么？


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<iostream>
#include <time.h>
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;
  //auto e; 无法通过编译，使用auto定义变量时必须对其进行初始化
  return 0;
}

fdb341c8b1974c3c9e7da3f342fed775.png


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。


8.3 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&

例如：


#include<iostream>
#include <time.h>
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;
  cout << x << endl;
  *b = 30;
  cout << x << endl;
  c = 40;
  cout << x << endl;
  return 0;
}

62cdc58ffd3041789b04ea9e8ec5a745.png


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; 
    auto c = 3, d = 4.0;  //error 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
}


8.3 auto不能推导的场景


1.auto不能作为函数的参数


void TestAuto(auto a)
{}


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


2.auto不能直接用来声明数组


void TestAuto()
{
    int a[] = {1,2,3};
    auto b[] = {4，5，6};
}


同样这也是一个错误示例


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后面会提到的C++11提供的新式for循环，还有lambda表达式等进行配合使用。


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>
#include <time.h>
using namespace std;
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;
}
int main()
{
  TestFor();
  return 0;
}

64e2a2f137c34331996db86abb6a2d9a.png


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<iostream>
#include <time.h>
using namespace std;
void TestFor()
{
  int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
  for (auto& e : array)
    e *= 2;
  for (auto e : array)
    cout << e << " ";
}
int main()
{
  TestFor();
  return 0;
}

e48ce325410847bba99d87effafe7b59.png


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。


9.2 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;
}


2.迭代的对象要实现++和==的操作。


10. 指针空值nullptr(C++11)


10.1 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，我们基本都是按照如下方式对其进行初始化：


void TestPtr()
{
int* p1 = NULL;
int* p2 = 0;
// ……
}


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：


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;
}


5229e65f46ef4594b935b129df3008cd.png


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。


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。


11.C程序与C++程序的相互调用


我们这里以栈结构声明和定义为例


af84c175e63345f2824d18983f52bfa3.png


11.1 C++程序调用C程序


假设我们在C++程序中需要调用该C程序的头文件定义

首先打开建立好的C程序，右击项目名称，打开项目属性


3e7d8926afd64a8192027232f9b965ed.png

d986a06ed381442fb878dded52325658.png


再次右击项目名称，单击重新生成


3d1a3ab1005d4803b41063e46564a226.png


此时成功生成该C项目的静态库文件


920075887cf04b5290336b26942e69fd.png


我们找到静态库文件位置，一会需要用到


c2955096adab47269fc6259178bc5281.png


一般在你创建该项目的文件目录下，具体位置取决于你用的是X86或X64，release或是Debug，在对应文件夹下找

下面我们创建括号匹配的C++主程序，调用C程序中的栈，使该程序能够成功运行。


b3c8e3ac649d46c6b16e98e1f960373f.png


建立好后，同样先打开项目属性

找到链接器选项中的常规，在附加依赖库目录中一栏中增加库目录（路径为我们刚刚生成的静态库所在的Debug文件夹）


9cff9a6ea7664fa2af1a12c3077bba61.png


增加附加依赖项

名称为6_24项目生成的静态库名，一般是项目名 + .lib

“属性面板”—>”配置属性”—> “链接器”—>”输入”，附加依赖库中输入静态库名6_24.lib。


843747da266a4ddd836673cfe553993d.png


我们先包含外部C程序头文件


d85f1ad2320346be8a5a7a16dda6984e.png


生成方案


4e85070d69bf46c08b2c6bd2efefc446.png


结果报错了，这说明在链接的过程中出现了问题，也就是在我们的程序找不到静态库中函数的地址，原因是我们的静态库是C语言的，没有对函数进行修饰，但在我们的调用方是C++程序，在链接过程中找的是修饰过的函数名，因此无法找到函数的地址。


这时我们可以借助extern“C”改变C++程序的链接规则，让C++去按照C的规则去找函数名，即未经过任何修饰的函数名，那就一定能找到函数的地址，来去正确调用静态库。


f08bb15d77144b71b36de0b973da4498.png


现在我们重新生成解决方案并调试运行


5f0549321d6f41a99e6359a7220ad236.png


可以看到成功了。


11.2 C程序调用C++程序


863df02996e8402bb8b493cbf8ddaf7f.png


需要注意的是，在C++中我们可以直接使用extern来改变编译规则，从而达到调用C的程序，但是C程序却不能适应C++的编译规则，所以在生成静态库前，我们需要修改一下C++程序的头文件


#ifdef __cplusplus
extern "C"
{
#endif
void StackInit(ST* ps);
void StackDestroy(ST* ps);
void StackPush(ST* ps, STDataType x);
void StackPop(ST* ps);
STDataType StackTop(ST* ps);
int StackSize(ST* ps);
bool STackEmpty(ST* ps);
#ifdef __cplusplus
}
#endif


这样在生成静态库文件时，库中就是按C语言的编译规则封装的，C程序就能够直接对其进行调用了之后步骤同上生成静态库文件，再直接引用外部头文件即可


253c8d19c7814ed9a82524f4af72f4bb.png

912c3c49a1b244e88eb57fcb6c807676.png


结语


有兴趣的小伙伴可以关注作者，如果觉得内容不错，请给个一键三连吧，蟹蟹你哟！！！

这篇文章是作者写博客以来最长的一篇，也是花费时间最长的，制作不易，如有不正之处敬请指出

感谢大家的来访，UU们的观看是我坚持下去的动力

在时间的催化剂下，让我们彼此都成为更优秀的人吧！！！


97e7f35ced784a96a879052094d6a70f.png

文章标签：
C++
C语言
程序员
存储
编译器
关键词：
C++入门
C++初阶
C++初阶入门
爱学习的鱼佬
目录
相关文章
平凡程序猿~
|
10天前
|
存储 缓存 C++
C++ 容器全面剖析：掌握 STL 的奥秘，从入门到高效编程
C++ 标准模板库（STL）提供了一组功能强大的容器类，用于存储和操作数据集合。不同的容器具有独特的特性和应用场景，因此选择合适的容器对于程序的性能和代码的可读性至关重要。对于刚接触 C++ 的开发者来说，了解这些容器的基础知识以及它们的特点是迈向高效编程的重要一步。本文将详细介绍 C++ 常用的容器，包括序列容器（`std::vector`、`std::array`、`std::list`、`std::deque`）、关联容器（`std::set`、`std::map`）和无序容器（`std::unordered_set`、`std::unordered_map`），全面解析它们的特点、用法
平凡程序猿~
16 1
C++ 容器全面剖析：掌握 STL 的奥秘，从入门到高效编程
徐霞客320
|
4月前
|
编译器 C++
C++入门12——详解多态1
C++入门12——详解多态1
徐霞客320
73 2
C++入门12——详解多态1
徐霞客320
|
4月前
|
编译器 C语言 C++
C++入门3——类与对象2-2（类的6个默认成员函数）
C++入门3——类与对象2-2（类的6个默认成员函数）
徐霞客320
51 3
徐霞客320
|
4月前
|
C++
C++入门13——详解多态2
C++入门13——详解多态2
徐霞客320
104 1
徐霞客320
|
4月前
|
存储 C++ 容器
C++入门9——list的使用
C++入门9——list的使用
徐霞客320
30 1
徐霞客320
|
4月前
|
程序员 C语言 C++
C++入门5——C/C++动态内存管理（new与delete）
C++入门5——C/C++动态内存管理（new与delete）
徐霞客320
120 1
徐霞客320
|
4月前
|
编译器 C语言 C++
C++入门4——类与对象3-1（构造函数的类型转换和友元详解）
C++入门4——类与对象3-1（构造函数的类型转换和友元详解）
徐霞客320
54 1
徐霞客320
|
4月前
|
存储 编译器 C++
C++入门3——类与对象2-1（类的6个默认成员函数）
C++入门3——类与对象2-1（类的6个默认成员函数）
徐霞客320
74 1
徐霞客320
|
4月前
|
编译器 C语言 C++
C++入门6——模板（泛型编程、函数模板、类模板）
C++入门6——模板（泛型编程、函数模板、类模板）
徐霞客320
96 0
C++入门6——模板（泛型编程、函数模板、类模板）
白子寰
|
4月前
|
存储 安全 编译器
【C++打怪之路Lv1】-- 入门二级
【C++打怪之路Lv1】-- 入门二级
白子寰
46 0