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【C++】内联函数、auto、范围for循环，nullptr

news 来源：原创 2024/5/7 7:49:02

前言

今天就是 C++ 新手村的最后一站啦，之后小黄就要开始学习 C++ 的类啦，也就是出了新手村之后的第一个挑战，大家要一起坚持下去，一起努力变好呀！

一、内联函数

以inline修饰的函数叫做内联函数，在编译时编译器会在调用内联函数的地方直接将函数展开，因此没有函数调用建立栈帧的开销，所以内联函数可以提升程序运行的效率，适用于一些重复使用且多此调用的小函数。

1.1 消除函数栈帧的两种思路

1.1.1 宏函数（C语言也可使用）

在此以两数相加为例：
#include<iostream>
using namespace std;

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

int main()
{
    int a = 1, b = 2;
    cout << add(a, b) << endl;
    cout << 2 * add(a, b) << endl;
    cout << add(a | b, a & b);
    return 0;
}
需要注意的是宏函数还是一种替换，因此要非常注意括号的添加，对于 add 函数而言，其三个括号的具体作用可以参考三个 cout 中的实例。

1.1.2 内联函数

内联函数的写法相当简单，只需在函数前简单加上 inline 关键字即可，但是其作用却是与宏替换非常类似，但是可以展开进行调试。

例如：

#include<iostream>
using namespace std;

inline add(int x, int y)
{
    return a + b;
}

int main()
{
    cout << add(1, 2) << endl;
    return 0;
}

1.1.3 宏函数相对于内联函数的缺点

① 宏函数直接替换一句，无法展开进行调试；

② 没有对参数的类型检查，缺乏一定安全性；

③ 宏函数相对更容易写错。

1.2 如何观察到内联函数

在 vs2022 debug 的环境下，是无法直接观察到内联函数的展开的，因为 debug 版本下不会进行优化，而内联函数本质上是一种优化。

下面教大家如何观察内联函数是否展开了：

1. 首先右击结局方案种的源文件点击属性

2. 在 C/C++ 常规中将“调试信息格式”改为程序数据库一项，然后优化中“内联函数拓展”改为只适用于 _inline 一项。

3. 在调试程序时右击项目，转到反汇编

4. 在调用函数之后，观察反汇编是否有 call + 函数名的一行，若存在说明内联函数没有在此展开。

如上图，第二张中出现的一行则表示没有展开。

1.3 内联函数不一定展开

乍一听，既然内联函数可以减少栈帧的开销，那么所有函数都用栈帧不就好了吗？

但实际上，并不是所有的内联函数都会展开。

1. inline 是一种以空间换时间的做法，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。

1.4 内联函数的声明与定义

inline 内联函数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，链接过程无法找到函数，尤其是多文件编译的时候，函数的声明放在同文件中，函数的定义放在一个源文件，函数的调用放在另一个源文件，此时就会报错。（直接定义在调用的源文件时，可以正常展开）

因此建议，在头文件中声明内联函数的时候就直接定义该函数。

二、auto关键字

2.1 typeid 关键字

作用：返回变量类型名称的字符串。

使用方法：用 string 类接收，或直接打印------typeid( 变量名 ).name()。

常用范围：新式 for 循环，lambda 表达式等。

例如：
#include < iostream>
using namespace std;

int main()
{
	int* x = NULL;
	int y = 10;
	int& z = y;
	string s = typeid(x).name();
	cout << s << endl << typeid(y).name() << endl << typeid(z).name();
	return 0;
}
对于引用 z ，因为是对于 int 变量 y 的别名，所以 z 可以看作 int 类型的变量。

2.2 auto 使用细则

我们可以将 auto 理解为一种自动的变脸类型，会根据初始化内容，自动判断变量的类型

例如：
#include < iostream>
using namespace std;

// void func(auto num);

int main()
{
	auto x = 10;
	// auto y;
	// auto arr[]{ 0 };
	auto a = &x;
	auto* a2 = &x;
	auto& a3 = x;
	// auto m = 10, n = 'b';
	cout << *a << endl << *a2 << endl << a3 << endl;
	return 0;
}
通过上面的例子，我们可以得出 auto 的几个使用规则：

1. auto 作为变量类型的时候必须要初始化

2. auto 不可以用于数组类型的声明

3. auto 声明指针类型时，效果与 auto* 声明指针类型等价

4. auto 声明引用时，需要加上 & 符号

5. auto 在同时声明多个变量的时候，变量必须是相同类型

6. auto 不能作为函数传参类型

三、基于范围的 for 循环

对于一个有范围的集合，为了方便遍历整个集合，引入了基于范围的 for 循环，其使用方式为

for ( 用于迭代的变量：被迭代的范围)

例如：
#include < iostream>
using namespace std;

int main()
{
	int arr[]{ 1,2,3,4,5 };
	for (auto x : arr)
		cout << x << ' ';
	cout << endl;
	for (auto x : arr)
		x *= 2;
	for (auto x : arr)
		cout << x << ' ';
	cout << endl;
	for (auto& x : arr)
		x *= 2;
	for (auto x : arr)
		cout << x << ' ';
	cout << endl;
	return 0;
}
通过上面的例子，我们可以知道循环中对于迭代变量实际上是一种赋值操作，因此对变量 x 进行修改的时候是不会改变数组中的值的，但是我们可以将迭代变量设置为引用类型，这样就可以修改数组中的值了。

四、指针空值 nullptr （关键字）

在 C++98 中，NULL 实际上是一种宏，其值为 0，但是未经过强转，也就是说，NULL 就可以单独理解为数字 0 .

例如：
#include < iostream>
using namespace std;

void func(int)
{
	cout << "int" << endl;
}

void func(int*)
{
	cout << "int *" << endl;
}

int main()
{
	func(0);
	func(NULL);
	func(nullptr);
	return 0;
}
通过函数 func 的重载我们发现，编译器确实没有将 NULL 识别为指针类型，而是作为 int 类型进行了传参，这就使得很多情况下，会出现一些莫名的 bug。而在新的 C++ 标准中，新定义了一个关键字 nullptr，他是一种 void* 类型的指针，其值为 0，但是明确了是空指针类型。

欢迎来和小黄一起学习呀~