【C++修炼秘籍】C++入门，初入山门（下）

心有所向，日复一日，必有精进

专栏《C++修炼秘籍》

前言

上篇博客，简单介绍了C++入门的部分知识，接下来我们介绍，内联函数，auto等知识，有些大致了解即可，gogogo

内联函数

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，没有函数调
用建立栈帧的开销，内联函数提升程序运行的效率。

ps：像快速排序时，每趟排序都需要交换数据，单独写出一个交换函数比较好，可以重复利用，但是这回每次交换都要建立函数栈帧，很多次很多次后，消耗有点大，所以可以使用内联函数；

在C语言中是如何解决这个问题呢？可以使用宏函数，在预处理阶段就可以替换

而C++提供了内联函数，那有宏函数为什么创造了内联函数？

int Add(int x, int y){
	return x + y;
}
int main(){
	int ret = 0;
	ret = Add(1, 2);
	return 0;
}

假如，Add要多次重复调用，我们尝试的写一下Add的宏函数：

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

 但是，会不会有写成如下这样的吗？

#define Add(int x,int y) {return x + y;}
#define Add(x,y) x+y
#define Add(x,y) (x)+(y)
#define Add(x,y) (x+y)
#define Add(x,y) ((x)+(y));

 这个错的太离谱了，完全忘了宏函数了

#define Add(int x,int y) {return x + y;}

 宏是替换，有时候可能做判断，像这样写就出bug了；

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

if(Add(a,b)){
    //……
}
//替换后
if(((x)+(y));){
    //……
}

 如果不加外面的括号，像下面的情况，容易出现优先级问题；

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

Add(x,y) * 3;

 不加里面的括号时，当传参是表达式，容易出问题；

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

Add(a|b,a&b);

ps:一个程序员想写bug，谁都拦不住； 

宏函数的缺点：

    优点：

1. 增强代码的复用性。
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 。

所以还是写给函数不容易出错啊！！！ 

当我们每次调用函数，都会建立栈帧，在反汇编中如下体现：

 当我们用内联函数后：

 诶？诶？？？这不是还是开辟栈帧了？是使用的不对吗？

 NONONONONONONONO；

• 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）

 为什么inline再Debug下不会展开呢，这是为了方便我们调试；

 思考： 内联是否一定展开呢？

1. inline是一种以空间（编译出的可执行程序的大小/动态库/静态库）换时间的做法，如果编译器将函数当成内联函数处理，在编译阶段，会
用函数体替换函数调用，缺陷：可能会使目标文件变大，优势：少了调用开销，提高程序运
行效率。
2. 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。下图为
《C++prime》第五版关于inline的建议：

当函数长了以后展开容易引起——代码膨胀

3.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（即使编译器自己不展开也会出现错误）

报错信息：

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

auto关键字(C++11)

随着程序越来越复杂，程序中用到的类型也越来越复杂，经常体现在：

1. 类型难于拼写
2. 含义不明确导致容易出错

#include <string>
#include <map>
int main()
{
std::map<std::string, std::string> m{ { "apple", "苹果" }, { "orange",
"橙子" },
{"pear","梨"} };
std::map<std::string, std::string>::iterator it = m.begin();
while (it != m.end())
{
//....
}
return 0;
}

std::map<std::string, std::string>::iterator 是一个类型，但是该类型太长了，特别容
易写错。

什么是auto 

在早期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，但遗憾的
是一直没有人去使用它，大家可思考下为什么？
C++11中，标准委员会赋予了auto全新的含义即：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

  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。

使用规则 

1. auto与指针和引用结合起来使用
        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&

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

 auto不能使用场景

1. auto不能作为函数的参数

栈帧开辟的时候，会计算要开辟多大栈帧，而auto类型无法计算；

2. auto不能直接用来声明数组
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。

 基于范围的for循环(C++11)

范围for的语法

在C++98中如果要遍历一个数组，可以按照以下方式进行：

void TestFor()
{
    int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
    for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++i)
    array[i] *= 2;
    for (int* p = array; p < array + sizeof(array)/ sizeof(array[0]); ++p)
    cout << *p << endl;
}

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。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
 

 void TestFor()
{
    int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
    for(auto& e : array)//引用改变内部的值，不能用指针
    e *= 2;
    for(auto e : array)
    cout << e << " ";
    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。(关于迭代器这个问题，不了解，随着学习深入就可以了，现在大家了解一下就可以了)
 

指针空值nullptr(C++11)

在良好的C/C++编程习惯中，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，比如未初始化的指针。如果一个指针没有合法的指向，我们基本都是按照如下
方式对其进行初始化：

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，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：
 

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。

总结

C++的大门，已经打开，接下来，我们要进入这个神奇语言的世界，接下来的路，美丽又残酷，继续努力，我们下次见。