【C++】C++特性揭秘：引用与内联函数 | auto关键字与for循环

一、引用

1.1 引用概念

引用不是用于新定义变量，而是对已存在变量取别名。对于引用变量来说，编译器不会为其开辟空间(底层实际开辟)，它与被引用变量共同占用同块内存空间

举个例子:李逵，在家称为"铁牛"，江湖上人称"黑旋风"。这三个名称都是指向同个对象

1.2 引用语法

类型说明符& 引用对象名 =引用实体（引用类型必须和引用实体是同种类型）

void TestPef()
{
    int a=10;
    int& pa=a;//pa是a的别名
   
    printf("&a==%p\n", &a);
    printf("&pa==%p\n", &pa);
    //从地址上，可以得出它和它引用的变量共用同一块内存空间
}

1.3 引用特性

第一个:

它和被引用的变量共用同一块内存空间

void TestPef()
{
    int a=10;
    int& pa=a;//pa是a的别名   
    a++;
    printf("a==%d pa==%d\n", a,pa);//11  11
    pa++;
    printf("a==%d pa==%d\n", a,pa);//12 12
}

说明：修改对象a或pa的也会影响对象pa或a

第二点:

引用在定义时必须初始化(否则在编译阶段会报错)

第三点:

引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体

//引用定义后，不能改变指向(这一点很重要)
int a = 10; int& b = a;
int c = 10;
b = c;//不是改变指向，而是b（a）赋值为10

第四点:

一个变量可以有多个引用，引用变量也可以取别名

//一个变量可以有多个别名，别名也有别名
int a = 10; int& b = a;
int &d=b ;//d是b的别名，b是a的别名，则d是a的别名
return 0;

1.4 引用权限(常引用)

对于权限可以缩小，但是不能放大

void TestConstRef()
{
  int a=0;
    int& b=a;
    
    const int& c=a; //支持->权限缩小
     
    const int x=10;
    int& y=x;//不支持-权限放大（此时的x只有读权限，没有写权限）
    const int& y=x;//支持权限相等
    
    //表达式的返回值是临时对象，而临时对象具有常性
    int& n= a+x = 临时对象 //这里是属于权限放大
    const int& n = a+x = 临时对象; //支持权限相等
}

1.5 引用使用场景

1.5.1 引用作为输出型参数(减少拷贝，提高效率)

说明:如果参数是指针类型，使用时需要对其解引用操作，但是使用引用可以避免解引用操作

1.5.2 引用作为返回值(减少拷贝，提高效率)

int& func()
{
    int a = 0;
    return a;
}
int main()
{
    int ret = func();//第一种
    int& ret = func();//第二种
    cout << ret << endl;
    return 0;
}

说明:

第一种情况，当函数运行结束，函数内存被系统收回。引用作为返回值类型，返回临时局部变量a被引用接收。那么对象ret接收到这块空间是什么？这里需要根据编译器是否对这块函数栈帧清空，但是操作操作是不具备安全性
第二种情况，使用引用接收这块已经被回收的空间。会导致野引用，访问未知名空间可以看作租房子，房子合同到期，如果非法进入会出现不安全的影响。

【有趣的现象】:

关于编译器是否对该函数栈帧清空，可以看一个有意思的东西

说明:对于两次ret结果值为0，表示编译器没有对函数栈帧清空；如果当调用func()函数后，ret值为随机值表示函数栈帧已经清空。间接说明引用做返回值尽量不要返回局部变量

引用做返回值使用场景:

//没有使用引用做返回值
void SLModity(Seqlist& s1, int pos, int x)
{
    assert(pos >= 0);
    assert(pos < s1.size);
    s1.a[pos] = x;
}
int SLGet(Seqlist& s1, int pos)
{
    assert(pos >= 0);
    assert(pos < s1.size);
    return s1.a[pos]；
}
//使用引用 读写返回值
int& Get(int pos)
{
    assert(pos >= 0);
    assert(pos < s1.size);
    return a[pos]；
}

1.6 引用做参数与返回值效率

说明:由于一般在实参传递或返回值传递过程需要创建临时对象，而对于引用与被引用对象共用同块空间，减少了拷贝，提高效率。通过上述代码的比较，发现传值和指针在作为传参以及返回值类型上效率相差很大。

1.7 引用和指针的区别

在语法概念上，引用是一个别名，没有独立空间，同其引用实体共用同一块空间，但是在底层实现上，实际引用是有开辟空间的，由于引用是按照指针方式实现的。

int main()
{
    int a=10;
    int& ra=a;
    cout<<"&a"<<&a<<endl;
    cout<<"&ra"<<&ra<<endl;
    return 0;
}

1.7.1 引用和指针的汇编代码对比

引用相较于指针来说，更加适合使用比较复杂的场景进行一些替换，使得代码更简单易懂(不代表引用完全替代指针)，比如:引用定义后不能改变指向，而指针可以改变指向。

1.7.2 引用与指针不同点

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，但是有NULL指针
在sizeof中含义不同:引用结果为引用类型的大小，但是指针始终是地址空间所占字节个数(32位平台下占4个字节)
引用自加既引用的实体增加1，指针自加即指针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，指针需要显示解引用，引用编译器自己处理
引用比指针使用起来相对更安全

二、内敛函数

2.1 内敛函数概念

内敛函数是以关键字inline修饰的函数，编译时C++编译器会在调用内敛函数位置展开函数体(函数体替换函数的调用)。函数调用建立栈帧会有开销，内敛函数虽然可以提升程序运行的效率，但是内敛函数也是需要付出代价。

【查看方式】：

内敛函数本身是一种代码优化手段

在release模式下，查看编译器生成的汇编代码中是否存在call Add
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vs2013的设置方式

2.2 内敛函数特性

第一点:

inline是一种以空间换时间的做法，如果编译器将函数当成内敛函数处理，在编译阶段，会用函数体代替函数调用.

说明:内敛函数展开，编译程序空间变大(指令变多)，空间是编译好的可执行程序，并不是我们理解的内存。虽然避免了函数调用开销提高程序运行效率，但是可能会使目标文件变大

【给出场景】:当1000行需要调用swap函数，函数体假设10行代码

如果swap不是内敛函数，合计需要10 + 1000
如果swap是内敛函数，合计需要10 * 1000，导致目标文件变大

第二点：

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

第三点:

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

2.3 关于头或源文件同时定义函数措施

假设这里所指函数为Add函数。如果想要头文件中定义Add函数会导致预处理阶段出现命名冲突。

【使得头文件定义Add函数两种方法】:

第一种:

使用static关键字将函数的外部链接属性转为内部链接属性，只在当前文件可见，简单来说就是不进符号表，不会产生没有命名冲突。

第二种:

使用内敛函数，假设在.cpp文件定义内敛函数，由于内敛函数没有函数地址，意味着不会进去符号表。对于其他文件中需要该函数，会发生链接错误。推荐内敛函数的声明和定义放在一块，在头文件展开并且链接时不会出现命名冲突

【推荐】：

如果是大函数，可以使用声明和定义分离，static修饰；
如果是小函数，可以使用内敛。

【C++】C++特性揭秘：引用与内联函数 | auto关键字与for循环 | 指针空值（二）https://developer.aliyun.com/article/1617291

【C++】C++特性揭秘：引用与内联函数 | auto关键字与for循环 | 指针空值（一）