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;
}

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）

#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;
}

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;
}

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;
}

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;
}

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;
}

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;
}

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

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

再次右击项目名称，单击重新生成

此时成功生成该C项目的静态库文件

我们找到静态库文件位置，一会需要用到

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。

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）

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。

我们先包含外部C程序头文件

生成方案

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。

现在我们重新生成解决方案并调试运行

可以看到成功了。

11.2 C程序调用C++程序

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