引用的使用
引用做参数
- 示例1：
void Swap(int& left, int& right) { int temp = left; left = right; right = temp; }
说明：引用做参数，既能读取也能修改影响实参
引用做返回值
- 传值返回：
传值返回都会生成一个拷贝
- 示例：
int Add(int a, int b) { int c = a + b; return c; }
- 传引用返回:
返回的是引用对象本身
int& Add(int a, int b) { int c = a + b; return c; }
注：非法访问并不一定会报错，这个取决于编译器的检查（一般只在常发生非法访问的地方设置检查点）
- 示图：非法访问的空间被覆盖
- 总结：
如果函数返回时，出了函数作用域，如果返回对象还未还给系统，则可以使用引用返回，如果已经还给系统了，则必须使用传值返回
- 示例：正确使用
int& Count() { static int n = 0; n++; // ... return n; }
参数和返回值的比较
以值作为参数或者返回值类型，在传参和返回期间，函数不会直接传递实参或者将变量本身直接返回，而是传递实参或者返回变量的一份临时的拷贝，因此用值作为参数或者返回值类型，效率是非常低下的，尤其是当参数或者返回值类型非常大时，效率就更低；而传引用和返回引用传的是引用本身，不用拷贝，效率非常高
- 示例：
#include<iostream> using namespace std; #include <time.h> struct A { int a[10000]; }; A a; //传值 void TestFunc1(A a) {} //传引用 void TestFunc2(A& a) {} // 值返回 A TestFunc3() { return a; } // 引用返回 A& TestFunc4() { return a; } void Test() { // 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(); // 以值作为函数的返回值类型 size_t begin3 = clock(); for (size_t i = 0; i < 100000; ++i) TestFunc3(); size_t end3 = clock(); // 以引用作为函数的返回值类型 size_t begin4 = clock(); for (size_t i = 0; i < 100000; ++i) TestFunc4(); size_t end4 = 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; // 计算两个函数运算完成之后的时间 cout << "TestFunc3 time:" << end3 - begin3 << endl; cout << "TestFunc4 time:" << end4 - begin4 << endl; }
引用和指针
- 引用和指针的区别
在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
引用和指针的不同点总结:
- 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4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
七、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，没有函数压栈的开销，内联函数提升程序运行的效率
- 示例：
int Add(int a, int b) { return a + b; } int main() { int ret=0; ret=Add(1, 2); return 0; }
注：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
- 效果示图：
注：在debug模式下查看，需要对编译器进行设置，否则不会展开(debug模式下编译器默认不会对代码进行优化)
- 设置：vs2019
特性：
inline是一种以空间换时间的做法，省去调用函数额开销，增大空间消耗（代码很长或者有循环/递归的函数不适宜使用作为内联函数）
inline对于编译器而言只是一个建议，编译器会自动优化（对于函数体内有循环/递归等的内联，编译器优化时会忽略）
inline不建议声明和定义分离，分离会导致链接错误。因为inline在编译时会被展开，也就没有函数地址，链接就会找不到对应函数
示例：
// 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
相关面试例题：
例题1：宏的优缺点？
优点：1）强代码的复用 2）提高性能
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
例题2：C++有哪些技术替代宏？
常量定义 换用const
函数定义 换用内联函数
八、auto关键字
- 简介：
- 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（没什么用）
- C++11中赋予auto全新的含义：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
- 示例：
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; }
注：typeid（）.name能展示类型名称
- 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
使用细则
- 1.auto与指针和引用结合使用
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&
- 示例：
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 << *a << endl; *b = 30; cout << *b << endl; c = 40; cout << c << 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
- 示例：
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 }
- 3.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（不知道传入的a是什么） void TestAuto(auto a) {}
- 4.auto不能直接用来声明数组
void TestAuto() { int a[] = {1,2,3}; auto b[] = {4，5，6};//err }
- 5.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
- 6.auto在实际中最常见的优势用法是与for-range循环结合以及lambda表达式等进行配合使用
九、基于范围的for循环
- 背景：
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
- 范围for的语法：
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
- 示例：
int main() { int arr[] = { 1,2,5,8,6,4,9,55,41 }; int arr2[][3] = { 1,2,3,4,5,6,7,4,9 }; //一维数组遍历 for (auto x : arr)//读取 { cout << x << " "; }cout << endl; for (auto& x : arr)//修改 { x *= 2; } for (auto x : arr)//读取 { cout << x << " "; } cout << endl; //二维数组遍历 for (auto& x : arr2)//虽然没有修改值，但是不使用引用类型，会让x从数组自动转化为指针 { for (auto e : x) { cout << e << " "; }cout << endl; } 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
- 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（现在只做了解）
十、指针空值nullptr
- C++98中的指针空值
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
- 指针没有合法的指向初始化：
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
- 示例：
#ifndef NULL #ifdef __cplusplus #define NULL 0 #else #define NULL ((void *)0) #endif #endif
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
- 示例：
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; }
说明：
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
