C++入门：内联函数，auto，范围for循环，nullptr

1.内联函数

1.1 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。

inline int Add(int left, int right)
{
  return left + right;
}
int main()
{
  int ret = 0;
  ret = Add(1, 2);
  return 0;
}

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，而release模式下不能调试，所以采用第二种方法。
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）

右键点击解决方案管理器中的项目名称，打开属性，设置下面两个选项。

发现没有使用调用函数指令call，没有调用Add函数，而是直接在这里展开了内联函数。

1.2 特性

• 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。
• inline对于编译器而言只是一个建议，当不当做内联函数还需要编译器自己判断，不同编译器对于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：
• inline不建议声明和定义分离，分离会导致链接错误。因为内联函数在编译时展开，如果只有声明，就找不到，只能通过函数调用，但是符号表中没有内联函数，因为内敛函数不生成指令，不会进入符号表。
• 内联函数推荐在头文件中定义。当然内联函数定义也可以放在源文件中，但此时只有定义的那个源文件可以用它，如果其他源文件使用必须拷贝一份定义。当然定义在头文件中，包含头文件时编译器会帮你拷贝一份，不用自己拷贝。
• 关键字 inline 必须与函数定义体放在一起才能使函数成为内联，仅将 inline 放在函数声明前面不起任何作用。（声明前可以不用加 inline）

1.3 内联函数与宏的区别

1. 内联函数是在编译时展开（编译器），而宏在预编译时展开（预处理）；在编译的时候，内联函数直接被嵌入到目标代码中去，而宏只是一个简单的文本替换。
2. 内联函数可以进行类型安全检查、自动类型转换、语句是否正确等编译功能，宏不具有这样的功能。
3. 宏在定义时要注意宏参数，一般用括号括起来，否则容易出现二义性。而内联函数不会出现二义性。
4. .宏定义不是真正的函数，没有参数类型检查，不安全；而内联函数是真正的函数，有类型检查，更为安全。

宏函数实现Add。

#include<iostream>
using namespace std;
#define ADD(x,y) ((x)+(y))
int main()
{
  int a = ADD(1, 2);
  //printf("%d\n", ADD(1, 2));宏不能带分号
  // #define ADD(x,y) x+y
  //printf("%d\n", ADD(1, 2)*3);//不加括号变为1+2*3
  cout << a << endl;
  //#define ADD(x,y) (x+y)
  int b = 1, c = 2;
  ADD(b | c, b & c);//x和y不加括号（x+y) 会变为b|c+b&c,+优先级比位操作符高
  return 0;
}

【面试题】

宏的优缺点？

优点：

1. 增强代码的复用性，没有类型的严格限制。
2. 提高性能，针对频繁调用的小函数，不需要再建立栈帧。

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。

C++有哪些技术替代宏？

1. 常量定义 换用const enum

2. 短小函数定义 换用内联函数

2.auto关键字(C++11)

2.1 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。

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。

int TestAuto()
{
    return 10;
}
int main()
{
    int a = 10;
    //int b = a;
    //auto 赋值时，可以通过右边的值自动推导左边值的类型
    auto b = a;
    auto c = 'a';
    auto d = TestAuto();
    cout << typeid(b).name() << endl;//可以得到变量的类型
    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;
}

【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。

有什么用处呢? 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

比如我们C++以后要学习的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。这时可以使用auto自动推导类型。

int main()
{
  //普通情况下，没有价值
  //类型名很长，就会有价值
  std::vector<std::string> v;
  //std::vector<std::string>::iterator it = v.begin();
  auto it = v.begin();
  return 0;
}

2.2 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&

int main()
{
    int x = 10;
    auto a = &x;
    auto* b = &x;//与上一行相同
    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. 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; // 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)
{}

2. auto不能直接用来声明数组

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

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下面会讲到的C++11提供的新式for循环，还有后面会学的lambda表达式等进行配合使用

3.基于范围的for循环(C++11)

3.1 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

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 };
    for(auto& e : array)//会依次取array中的元素赋值给e
        e *= 2;
    //for(auto* e : array)//这种写法不对，因为array中的元素类型是int类型
    //    (*e) *= 2;      //不是一种地址，这里会发生类型不匹配
    for(auto e : array)
        cout << e << " ";
}

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。

3.2 范围for的使用方法

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，因为函数传参，array这里只是地址，不是代表一个数组。

void TestFor(int array[])
{
    for(auto& e : array)
    cout<< e <<endl;
}

2. 迭代的对象要实现++和==的操作。(关于迭代器这个问题，以后会讲，现在提一下，没办法

讲清楚，现在大家了解一下就可以了)

4.指针空值nullptr(C++11)

4.1 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

条件编译指令，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，比如在函数重载中：

void func(int)//参数类型匹配即可调用
{
  cout << "void f(int)" << endl;
}
void func(int*)
{
  cout << "void fx(int*)" << endl;
}
int main()
{
  func(0);
  func(NULL);//会调用第一个函数
  func((int*)NULL);//调用第二个
  //#define nullptr ((void*)0)
  func(nullptr);//nullptr类型是void*
  return 0;
}

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。所以在(C++11)引入了nullptr表示空指针。#define nullptr ((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

本篇结束。