【C++初阶学习】C++入门基础语法【总结】(3)

简介: 【C++初阶学习】C++入门基础语法【总结】(3)

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;
}


image.png


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;
}


image.png


  • 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;
}


image.png


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


image.png


  • 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;
}


image.png


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;
}


image.png


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


image.png


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


image.png


引用和指针的不同点总结:


  1. 引用在定义时必须初始化,指针没有要求


  1. 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


  1. 没有NULL引用,但有NULL指针


  1. 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)


  1. 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


  1. 有多级指针,但是没有多级引用


  1. 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


  1. 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:


image.png


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


image.png


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:


  1. 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)


  1. 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



image.png


  • 注意:


  1. 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


  1. 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;
}


image.png


  • 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;
}


image.png


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


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