书接上回：【C++】入门（一）：命名空间、缺省参数、函数重载

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六、引用引用的概念引用的使用场景1. 引用做参数作用1：输出型参数作用2：对象比较大，减少拷贝，提高效率 2. 引用作为返回值错误示范正确示范 3.总结引用的价值 引用特性引用和指针的区别（面试题）常引用 七、内联函数回顾：C语言如何避免函数频繁调用的问题？面试题1：实现两个数相加的宏函数面试题2：宏的优缺点面试题3：C++有哪些技术替换宏？ 内联的概念内联函数的缺点使用内联:vs:不使用内联为什么做声明和定义分离？总结：解决重定义的方案？ 八、auto关键字简介使用细则auto不能推导的场景 九、基于范围的for循环(C++11)十、指针空值nullptr(C++11)

六、引用

引用的概念

引用就是给已经存在的变量 取别名。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。

引用的使用场景

1. 引用做参数

作用1：输出型参数

学习C的时候 写Swap()函数 通过传实参地址的方式，使用指针交换两个变量里面的值 。而加入引用这个语法，则通过别名的方式 交换两个变量里面的值。

void Swap(int* a, int *b) { //... } void Swap(int& a, int &b) { int tmp = a; a = b; b = tmp; } int main() { int x = 0, y = 1; Swap(&x, &y); Swap(x, y); return 0; }

作用2：对象比较大，减少拷贝，提高效率

对象较大的情况下，对比传值传参 和 传引用传参 的代码效率

#include <time.h>#include<iostream>using namespace std;struct A { int a[10000]; };void TestFunc1(A a) { }void TestFunc2(A& a) { }void main(){ 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;}

我们可以看到一个40000字节的对象，分别使用传值传参、传引用传参，且传参次数10000次。两种传参方式使用的时间有一定差异。引用作为函数参数 消耗的时间小于1 ms,所以是0。

总结：这些使用场景，指针也可以适应，但是引用更方便

2. 引用作为返回值

错误示范

一般情况

1️⃣ 被调函数传值返回。 返回a的拷贝 寄存在寄存器里的临时空间 函数栈帧销毁之前 这块要返回的临时空间就已经生成好了

int func(){ int a = 0;return a;}int main(){ int ret = func();cout << ret << endl;return 0;} 错误使用引用的情况

2️⃣ 被调函数func传引用返回。 返回a的别名 但函数调用结束，栈帧销毁，a的别名还在访问这个空间——野引用。

int& func(){ int a = 0;return a;}int main(){ int ret = func();cout << ret << endl;return 0;}

3️⃣被调函数传引用返回 ，主函数引用接收。返回a的别名、用a的别名接收，意味着ret也是a的别名，但栈帧结束，变量a已经被销毁了，ret还回去访问那块空间，所以ret是野引用。

int& func(){ int a = 0;return a;}int main(){ int& ret = func();cout << ret << endl;return 0;}

结论：返回变量出了函数作用域就生命周期就结束了，所以不能用引用返回

正确示范

什么情况下，可以用引用返回？

答：全局变量、静态变量、堆上变量 可以用引用返回

🌰 实际场景中的例子：

使用引用语法修改用C语言写的链表

struct SeqList{ int* a;int size;int capacity;};void SLInit(SeqList& sl){ sl.a = (int*)malloc(sizeof(int) * 4);// ..sl.size = 0;sl.capacity = 4;}void SLPushBack(SeqList& sl, int x){ //...扩容sl.a[sl.size++] = x;}// 修改void SLModity(SeqList& sl, int pos, int x){ assert(pos >= 0);assert(pos < sl.size);sl.a[pos] = x;}int SLGet(SeqList& sl, int pos){ assert(pos >= 0);assert(pos < sl.size);return sl.a[pos];}int main(){ SeqList s;SLInit(s);SLPushBack(s, 1);SLPushBack(s, 2);SLPushBack(s, 3);SLPushBack(s, 4);for (int i = 0; i < s.size; i++){ cout << SLGet(s, i) << " ";}cout << endl;for (int i = 0; i < s.size; i++){ int val = SLGet(s, i);if (val % 2 == 0){ SLModity(s, i, val * 2);}}cout << endl;for (int i = 0; i < s.size; i++){ cout << SLGet(s, i) << " ";}cout << endl;return 0;}

演进为C++玩法的版本

C++中结构体中可以定义函数 ➡️ 类 成员变量 、 成员函数

// C++struct SeqList{ // 成员变量int* a;int size;int capacity;// 成员函数void Init(){ a = (int*)malloc(sizeof(int) * 4);// ...size = 0;capacity = 4;}void PushBack(int x){ // ... 扩容a[size++] = x;}// 读写返回变量int& Get(int pos){ assert(pos >= 0);assert(pos < size);return a[pos];}int& operator[](int pos){ assert(pos >= 0);assert(pos < size);return a[pos];}};int main(){ SeqList s;s.Init();s.PushBack(1);s.PushBack(2);s.PushBack(3);s.PushBack(4);for (int i = 0; i < s.size; i++){ //cout << s.Get(i)<< " ";cout << s[i] << " ";//cout << s.operator[](i) << " ";}cout << endl;for (int i = 0; i < s.size; i++){ /*if (s.Get(i) % 2 == 0){s.Get(i) *= 2;}*/if (s[i] % 2 == 0){ s[i] *= 2;}}cout << endl;for (int i = 0; i < s.size; i++){ cout << s.Get(i) << " ";}cout << endl;return 0;}

3.总结引用的价值

1️⃣引用做参数

🅰️可以作为输出型参数 。🅱️对象较大，减少拷贝提高效率

2️⃣做返回值

🅰️修改返回对象。 🅱️减少拷贝提高效率

引用特性

引用必须初始化：定义的引用的时候就要确定该引用是谁的别名

引用定义后，不能改变指向

一个变量可以有多个引用 、多个别名

int main(){ int a = 0;// 1、引用必须初始化//int& b;// b = c;// 2、引用定义后，不能改变指向int& b = a;int c = 2;b = c; // 不是改变指向，而是赋值// 3、一个变量可以有多个引用，多个别名int& d = b;return 0;}

思考：引用可以替代指针吗？

答：引用不能完全替代指针，指针和引用的功能是类似的，C++的引用，对指针使用比较复杂的场景进行一些替换，让代码更简单易懂，但是不能完全替代指针，引用不能完全替代指针原因：引用定义后，不能改变指向

🌰引用不可以替代指针的栗子：

双向链表中，必须要改变指向，但引用不能改变指向。

🌰C++的引用 对指针使用比较复杂的场景 可以进行一些替换：

例如:

原来C语言 写链表头插入 实参传头节点指针 的 地址 。形参需要用二级指针接收。

void PushBack(struct Node* phead, int x){ // phead = newnode;}void PushBack(struct Node** pphead, int x){ // *pphead = newnode;}

现在C++ 使用引用： 给指针类型的变量（头节点指针）取别名

void PushBack(struct Node*& phead, int x){ //phead = newnode;}int main(){ struct Node* plist = NULL;return 0;}

📘杂七杂八的小知识点：数据结构教科书常见代码解读

//给 结构体 重命名为LNode //给 结构体类型的指针 重命名为 PNodetypedef struct Node{ struct Node* next;struct Node* prev;int val;}LNode, *PNode;//PNode& phead 给PNode变量（结构体类型的指针）取别名 phead void PushBack(PNode& phead, int x){ //phead = newnode; //给引用赋值相当于改变PushBack（）函数外面的链表头结点指针的指向}

引用和指针的区别（面试题）

从两个维度对比 语法角度、底层角度对比

语法：

1. 引用是别名，不开空间。指针是地址，语法上需要开空间存储地址

2. 引用必须初始化 、指针可以初始化也可以不初始化。

3. 引用不可以改变指向、指针可以改变指向

4. 引用相对更安全 ，没有空引用、但是有空指针，容易出现野指针，不容易出现野引用

底层：

汇编层面上，没有引用，引用都是用指针实现的，引用编译后也转换成指针了。

调到反汇编调试观察：

结论：底层都需要开空间1、引用在底层是用指针实现的。2、语法含义和底层实现是背离的

常引用

由于引用存在一些隐患，所以我们可以加关键字const 使用常引用 。例如下面代码，对于变量b,它是a的别名，如果对引用b修改， 那么a的值就会改变。但是如果不希望a的值被修改，我们就可以给引用前面加上const 使得引用只有读取a的值的权限，但不能修改。例如，a的引用c就是这样的权限。

int main(){ int a = 0; //eg.1权限正常的引用 int &b =a;//b对a可读可写 b++; //eg.2权限缩小 const int& c = a;//c对a只有读取权限 //eg.3权限放大(错误示范) const int x = 10; //int& y = x; //注意不能权限放大 //eg.4 权限平移(正确示范) const int& y = x //y可以读取x的值 //eg.5 const int& z =10; //z是常量的别名 //eg.6 const int& m = a+x;// a+x表达式的返回值 是一个临时变量 临时变量具有常性 //eg.7 (错误示范) int& n = a+x; return 0;}

七、内联函数

回顾：C语言如何避免函数频繁调用的问题？

➡️宏

面试题1：实现两个数相加的宏函数

#define Add(x,y) ((x)+(y))

易错点：1、宏不是函数 2、不要写分号 3、括号控制优先级

核心点：宏是预处理阶段进行替换

提问：为什么要加里面的括号？

答：因为x、y可能不是被单一变量所替换，而是其他表达式替换x、y ，防止表达式中的个别值先进性加法运算，从而运算符执行顺序和预期不符，导致运算结果错误。

面试题2：宏的优缺点

缺点：

1️⃣坑很多，不易控制 2️⃣ 不能调试 3️⃣没有安全类型的检查

优点：

增强代码复用性、提高效率

面试题3：C++有哪些技术替换宏？

常量定义 换用 const enum短小函数定义 使用内联inline修饰

内联的概念

内联 : 在调用地方展开 。所指的展开就是：不建立栈帧，在当前函数的栈帧里执行要调用函数的代码

反汇编演示 具体是如何不建立栈帧展开的

思考：能不能为所有函数 都加上inline ？

不行 ，➡️ 内联函数的缺点

内联函数的缺点

使用内联🆚不使用内联

假设func()函数100 行代码，并且一共要调用1w次分别考虑使用内联 、不使用内联的情况合计起来有多少指令？

使用内联

假设inline展开，合计指令数目为：100*1w。意味着 最后的可执行程序会变得很大

​解释：100行代码在1W个位置调用，那么1w个位置都会多出100行，所以就是100W行

不使用内联

假设inline不展开，合计指令数目：100+1w

解释：1W个位置调用 底层就会是汇编指令 call func（），call func（）后会从符号表找到这个函数的地址 然后去执行该函数的代码。

总结：由此可见，如果是代码量较大的函数 使用inline 内联展开调用的话，会造成代码膨胀。所以内联函数只适合加在代码量较小的函数上！

注意：

1.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、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。

2.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，链接就无法找到该函数。

为什么做声明和定义分离？

如果在头文件中进行函数定义，以下代码存在函数名重定义的问题。

问题分析：

Stack.cpp 包含了头文件 Test.cpp也包含了头文件。头文件的包含 在预处理阶段 会进行内容替换。也就是说Add()函数被定义两次。Stack.cpp Test.cpp 会分别产生Stack.o、Test.o。链接的时候 会把他们的符号表合并在一起，各自都有叫函数名修饰过的Add()函数，编译器就会认为函数重定义。

所以我们要做声明和定义分离！

//Stack.h#progam once#include<iostream>using namespace stdint Add(int a,int b){ cout<<"int Add(int a,int b)"<<endl; return a+b;}//Stack.cpp#include"Stack.h"//Test.cpp#include"Stack.h"int main(){ Add(1,2); return 0;}

总结：解决重定义的方案？

1.声明和定义分离

2.Static，改变链接属性，该函数地址不会加入符号列表，只在当前文件可见。(适用于大函数)

3.使用内联函数，因为要在调用处展开，所以该函数地址也不会加入符号列表。（适用于小函数）

//Stack.h#progam once#include<iostream>using namespace stdinline int Add(int a,int b){ cout<<"int Add(int a,int b)"<<endl; return a+b;}//Stack.cpp#include"Stack.h"//Test.cpp#include"Stack.h"int main(){ Add(1,2); return 0;}

八、auto关键字

简介

C++11规定，程序员使用auto关键字就可以不指定数据类型，编译器通过右边的值的类型自动推导出左边值的数据类型。使用auto关键字 必须初始化，因为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与指针和引用结合起来使用

auto* 必须初始化为指针 ，auto声明引用类型时则必须加&

🌰栗子

auto p1 = &iauto* p2 = &i;//auto* p3 = i;//会报错auto& r = a;

2.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; // 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}

auto不能推导的场景

1、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void TestAuto(auto a) { }

2、auto不能直接用来声明数组

void TestAuto() { int a[] = { 1,2,3}; auto b[] = { 4，5，6};}

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以后会讲到的C++11提供的新式for循环，还有 lambda表达式等进行配合使用

九、基于范围的for循环(C++11)

依次取数组中值赋值给e，自动迭代，自动判断结束

for (auto e : array){ cout << e << " ";}cout << endl;

十、指针空值nullptr(C++11)

C语言中 我们这样初始化指针：

int* p1 = NULL;

但在C++中， 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：类型匹配的问题

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