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初识C++需要了解的一些东西（2）

news 来源：原创 2024/7/4 0:41:29

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🌍内联函数
- 🌕内联函数概念
- 🌖内联函数特性
🌓auto关键字(C++11)
- 🌞类型别名
- ⭐️auto简介
- ☀️auto的使用细则
- ❄️auto不能推导的场景
♊️基于范围的for循环(C++11)
- ♋️范围for的语法
- ♊️范围for的使用条件
📶指针空值nullptr(C++11)
- 🎦C++98中的指针空值
⛔️总结

🌍内联函数

🌕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，没有函数调用建立栈帧的开销，内联函数提升程序运行的效率。

🌖内联函数特性

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。
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。
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。

// 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;
}

在这里插入图片描述

[面试题]
宏的优缺点？
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。

C++有哪些技术替代宏？

常量定义换用const enum
短小函数定义换用内联函数

注意：任何在类中声明的函数自动成为内联函数

🌓auto关键字(C++11)

🌞类型别名

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：

类型难于拼写

含义不明确导致容易出错

如下代码：

#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;
}

其中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。可能有人会想：可以通过typedef给类型取别名，比如：

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

使用typedef给类型取别名确实可以简化代码，但是typedef有会遇到新的难题：

typedef char* pstring;
int main()
{
 const pstring p1;    
 const pstring* p2;   
 return 0;
}

如上代码，p1和p2编译成功还是失败？

在这里插入图片描述
在编程时，常常需要把表达式的值赋值给变量，这就要求在声明变量的时候清楚地知道表达式的类型。然而有时候要做到这点并非那么容易，因此C++11给auto赋予了新的含义。

⭐️auto简介

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。

#include <iostream>
using namespace std;
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;
}

在这里插入图片描述
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。

☀️auto的使用细则

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&

#include <iostream>
using namespace std;
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;
    *b = 30;
    c = 40;
    return 0;
}

在这里插入图片描述

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。

int main()
{
    auto a = 1, b = 2;
    cout << typeid(a).name() << endl;
    cout << typeid(b).name() << endl;
    //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
}

在这里插入图片描述

❄️auto不能推导的场景

auto不能作为函数的参数
如下代码：

void TestAuto(auto a)
{}

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。

auto不能直接用来声明数组

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

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

♊️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。
如下代码：

int main()
{
    int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
    for (auto e : array)
        cout << e << " ";
    return 0;
}

在这里插入图片描述
但是当我们想对数组的内容进行修改时，我们就需要用到引用。如下代码：

int main()
{
    int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
    for (auto& e : array)
        e *= 2;
    for (auto e : array)
        cout << e << " ";
    return 0;
}

在这里插入图片描述
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

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;
}

📶指针空值nullptr(C++11)

🎦C++98中的指针空值

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;
}

在这里插入图片描述
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。
因此，C++11引入了一个新关键字nullptr。
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