C++基础入门——语法详解篇(下)1

简介: 本篇文章解C++基础入门——语法篇(上)来讲述C++基础语法。学玩本篇文章就可以写出简单的C++程序了。

 本篇文章解C++基础入门——语法篇(上)来讲述C++基础语法。学玩本篇文章就可以写出简单的C++程序了。




一、缺省参数

1、1 缺省参数的概念

 缺省参数是声明或定义函数时为函数的参数指定一个缺省值。在调用该函数时,如果没有指定实参则采用该形参的缺省值,否则使用指定的实参。具体我们可看如下例子:

void Func(int a = 0)
{
 cout<<a<<endl;
}
int main()
{
 Func(); // 没有传参时,使用参数的默认值
 Func(10); // 传参时,使用指定的实参
 return 0;
}


 下面为运行结果。我们看到第一个Func函数并没有传参,就默认输出了缺省参数0。

1、2 缺省参数的分类

1、2、1 全部缺省

 全部缺省就是我们把形参全部给出缺省值。具体例子如下:

void Func(int a = 10, int b = 20, int c = 30)
{
 cout<<"a = "<<a<<endl;
 cout<<"b = "<<b<<endl;
 cout<<"c = "<<c<<endl;
}


这种情况我们在调用函数时,可传参,也可选择不传参。但是当我们传的参数只有一个时,默认是从左往右赋值的。也就是先给到a,再给到b,最后给到c。那要是我们想只给a,c赋值且不给b赋值呢?这种情况是不被允许的。我们只能从左往右依次赋值。


1、2、2 半缺省参数

 我们先看具体实例:

void Func(int a, int b = 10, int c = 20)
{
 cout<<"a = "<<a<<endl;
 cout<<"b = "<<b<<endl;
 cout<<"c = "<<c<<endl;
}


 半缺省参数是由几点要注意的:


半缺省参数必须从右往左依次来给出缺省值,不能间隔着给;

如果函数的声明和定义分开,缺省值不能在函数声明和定义中同时出现;

如果函数的声明和定义分开,缺省值在函数的声明时给出即可;

缺省值必须是常量或者全局变量;

C语言不支持(编译器不支持) 。

二、引用

2、1 引用的概念


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。

 引用变量是一个别名,也就是说,它是某个已存在变量的另一个名字。一旦把引用初始化为某个变量,就可以使用该引用名称或变量名称来指向变量。


 这里给大家举一个例子。我想每个人都有一个小名吧。比如,班级上有一个 高同学 ,我们通常喊他为 小高 。那高同学 和 小高是一个人吗?答案肯定是一个人。我们在这里可以把高同学想象成变量,小高 是高同学的引用,小高犯错等同于高同学犯错。


 我们这里再看一下引用的用法。类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体。

void Test()
{
 int a = 10;
 int& ra = a;//<====定义引用类型
 printf("%p\n", &a);
 printf("%p\n", &ra);
}



  我们这里看到他们地址是相同的,也就是指向的同一块数据。

 注意:引用类型必须和引用实体同种类型的。


2、2 引用特征


在使用引用时,我们需注意以下几点:


引用在定义时必须初始化;

一个变量可以有多个引用;

引用一旦引用一个实体,再不能引用其他实体。

 我们结合下面实例一起理解一下。

void TestRef()
{
 int a = 10;
 int b = 20;
 // int& ra; // 该条语句编译时会出错
 int& ra = a;
 int& rra = a;
 rra = b;  //把b的值赋给rra,不是b的别名
 printf("%p %p %p\n", &a, &ra, &rra); 
}


2、3 引用的使用场景

2、3、1 引用做参数

 引用做参数,虽然大部分情况指针都可完成,但是引用做参数还是比较方便且较为容易理解的,我们看一下实例:  

void Swap(int& left, int& right)
{
 int temp = left;
 left = right;
 right = temp;
}



上述对两个值交换,我们不再使用指针,直接可以使用引用进行交换。引用做参数还有另一个优势,就是在数据量较大,且数据本身也较大的情况下,引用作为参数的小路就会有所提高。为什么呢?


 以值作为参数,在传参期间,函数不会直接传递实参,而是传递实参的一份临时的拷贝,因此用值作为参数,效率是非常低下的,尤其是当参数非常大时,效率就更低。

 我们可以统一下面代码进行比较就可看出。

#include <time.h>
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 < 10000; ++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 < 10000; ++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;
 cout << "TestFunc2(A&)-time:" << end2 - begin2 << endl;
}


 运行结果如下:

2、3、2 常引用



 我们先看如下代码:


const int a = 10;
int& ra = a;

 大家感觉上述的代码有问题吗?答案是有问题的。a 是一个常数,只有读的权限,不能对其修改。而 ra 是对 a 的引用,这里相当于对 a 来说权限放大了。如果正确的话,ra 可以修改 a 的值,但事实上是不可以的。我们应在 ra 前加上const。我们再来看一段代码:

1. double d = 12.34;
2. int& rd = d;

 上面的代码正确吗?似乎因并没有错。但好像也错了,也为类型不同。首先上述的代码是有错的。但根本原因并不是类型不同。根本原因在于中间生成了一个临时变量,而临时变量具有常性




efe86d24c67d4d70b3eb832d320a4e7d.png

如下代码就正确了:

1. double d = 12.34;
2. const int& rd = d;

2、3、3 引用做返回值

引用做返回值时,有会有一些坑。我们可以看如下例子:

int& Count()
{
 int n = 0;
 n++;
 // ...
 return n;
}
int main()
{
 int ret = Count();
 printf("%d ", ret ); 
 return 0;
}


表面上似乎并没有什么错误,但实际上已经相当于访问野指针了。Count函数中n出了该函数就销毁了,变量 n 的那段地址空间的使用权限被收回了。Count函数的栈帧也会销毁。有的编译器在栈桢销毁时会清楚数据,有的并不会。在这里可能侥幸打印出正确数据,但确实是错误的。


  函数的传值返回和传引用返回有什么区别呢?我们先来看一下传值返回:

int test()
{
 static int a=0;
 return a;
}
int main()
{
 int& b=test();
 return 0;
}


我们知道,当a为局部变量时(也就是上述代码中的 a 不加 static ),传值返回时,会把 a 拷贝给一个临时变量,再把临时变量的值赋给 test() 函数。注意:此时的临时变量在main函数中。那要是上述情况呢?同样与局部变量 a 的情况一样,把 a 拷贝给一个临时变量,再把临时变量的值赋给 test() 函数。编译器并不会在这里判断 a 出了作用域是否销毁,传值返回统一把值拷贝给一个临时变量,再把临时变量的值赋给函数。


 我们上面了解到了临时变量具有常性,所以上述的代码是有误的。我们应该在引用 b 前加上 const 。


引用做返回值同样也会有效率问题。以返回值类型为值,在返回期间,函数不会直接者将变量本身直接返回,而是返回变量的一份临时的拷贝,因此用值返回值类型,效率是非常低下的,尤其是返回值类型非常大时,效率就更低。

 通过下面的对比也可看出:

#include <time.h>
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 < 100000; ++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 < 100000; ++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;
}



 运行结果如下:

2、4 引用总结

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。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。

 我们通过如下代码对比可知:

int main()
{
 int a = 10;
 int& ra = a;
 ra = 20;
 int* pa = &a;
 *pa = 20;
 return 0
}


 我们看其汇编代码:

 其次我们对比一下指针和引用的区别:

引用概念上定义一个变量的别名,指针存储一个变量地址;

引用在定义时必须初始化,指针没有要求;

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;

没有NULL引用,但有NULL指针;

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位平台下占四个字节);

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;

有多级指针,但是没有多级引用;

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;

引用比指针使用起来相对更安全。


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