初识C++（下）——“C++”

各位CSDN的uu们你们好呀，今天终于是小雅兰的初识C++的下的文章啦，下面，让我们进入C++的世界吧！！！

内联函数

我们首先得知道：C++中的内联函数是用来解决C语言中宏的坑的！！！

用宏来写一个ADD函数：

#define ADD(x,y) ((x)+(y))

但是特别容易写错，下面，小雅兰列举一些常见的错法：

//把宏和函数弄混
#define ADD(int x, int y) {return x+y;}
#define ADD(x, y) (return x+y;)
#define ADD(x, y) return x+y;
 
//对宏的替换理解得不透彻
#define ADD(x, y) x+y;
#define ADD(x, y) x+y
#define ADD(x, y) (x+y)

小雅兰之前写过宏及其相关知识点的详细内容：

程序环境和预处理（上）——“C”_认真学习的小雅兰.的博客-CSDN博客

程序环境和预处理（下）——“C”_认真学习的小雅兰.的博客-CSDN博客

那么，宏的缺点究竟有哪些呢？

• 容易出错，语法坑很多。
• 不能调试。（预编译阶段进行了替换）
• 没有类型安全得检查。

既然宏有这么多缺点，那为什么还要使用宏呢？

宏函数的优点：

• 没有类型的严格限制。
• 针对频繁调用的小函数，不需要再建立栈帧，提高了效率。
• 增强代码的复用性

C++有哪些技术替代宏？

• 常量定义 换用const enum
• 短小函数定义 换用内联函数

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。

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)

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. 
3. 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：
4. 
5. 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。

// 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

auto关键字(C++11)

auto在普通场景没有什么价值。

如果是类型很长，才有价值，可以简化代码。

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：

• 类型难于拼写
• 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::iterator 是一个类型，但是该类型太长了，特别容易写错。

可以通过typedef给类型取别名

#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。

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，可思考一下这是为什么？

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。

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;
 
  return 0;
}

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。

auto的使用细则

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;
   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;
}

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
 
}

auto不能推导的场景

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)

{}

auto不能直接用来声明数组

void TestAuto()

{    

       int a[] = {1,2,3};    

       auto b[] = {4，5，6};

}

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

auto在实际中最常见的优势用法就是跟以后的C++11提供的新式for循环，还有lambda表达式等进行配合使用。

基于范围的for循环(C++11)

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)
     e *= 2;
 
 for(auto e : array)
     cout << e << " ";
 //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
 return 0;
}

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。

范围for的使用条件

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;

}

迭代的对象要实现++和==的操作。

指针空值nullptr(C++11)

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;
}

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：

• 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。
• 在C++11中，sizeof(nullptr) 与 sizeof((void*)0)所占的字节数相同。
• 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。

好啦，初识C++的所有内容就到这里啦，接下来的类和对象还要继续加油噢！！！

之前的初识C++的内容：

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