[C++知识库]【C++升级之路】第一篇：入门基础知识（下）

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此篇文章中，船长计划用理论和代码相结合的方式向大家介绍C++的入门知识；

书接上回：【C++升级之路】第一篇：入门基础知识（上）

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全文干货，C++系列文章，兄弟们继续冲！

目录

7.内联函数?

7.1内联函数的概念

7.2内联函数的特性

1、空间换时间

2、仅为建议

3、声明定义不可分离

知识加餐

8.auto关键字(C++11)

8.1类型别名思考

8.2auto简介

8.3auto使用细则

1.auto与指针和引用结合起来使用

2.在同一行定义多个变量

8.3auto不能推导的场景

1.auto不能做函数的参数

2.auto不能直接用来声明数组

9. 基于范围的for循环(C++11)

9.1范围for循环的用法

9.2范围for的使用条件?

????????1.for循环迭代的范围必须是确定的

2. 迭代的对象要实现++和==的操作。

10.指针空值nullptr(C++11)

10.1C++98中的指针空值

总结

7.内联函数?

7.1内联函数的概念

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。

上面书写的代码使用了函数的调用，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。

通过对比汇编代码，我们可以很清晰的发现两段代码实现方式的不同。

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7.2内联函数的特性

1、空间换时间

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、仅为建议

?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。

• 简单来说，内联机制多用于优化规模较小、流程简单且频繁调用的函数，在很多情况下编译器不一定会支持这个请求（假如你有一个75行代码的函数，使用内联是很难成功的~）

正如《C++prime》第五版关于inline的内容所描述的那样：

这时我们很多朋友就会问了：为什么代码长了就不展开了呢？

其实原因就在于 —— 代码膨胀

我们都知道，一个企业级项目的代码量是非常庞大的，假设我们有一个30行代码的函数，在项目中有10000个地方需要使用，两种不同的方法会有什么区别呢？

• 如果使用inline内联的话，函数展开后我们的项目会多出令人惊叹的30万行代码之多，而且代码重复率很高。
• 但是如果我们使用函数调用的话，我们只需要将这30行代码调用10000次就够了，虽然耗费的时间多了，但是所需空间却可以有明显的减少（现代计算机的运行速度是非常快的，权衡利弊之后，人们更愿意用时间来换取空间使用量的减小）。

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3、声明定义不可分离

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。

下面我将一个头文件，两个源文件的内容放在一个代码段中，实际上inline的声明和定义是分离在不同的头文件和源文件中的，我们在编译之后会发现，出现了bug。

// 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

为了能更直观的感受错误发生的原因，我们一起来看一下面的图片：

①假设有三个文件分别将声明和定义分离

② 在预处理阶段，将头文件的内容在另外两个文件中展开，变成了int func1( )

?

③在编译阶段，我们就可以发现，在Test.cpp中，只剩下函数的声明了，运行只有声明没有定义的函数?当然会使编译器报错。

那我们函数的定义去哪了呢？实际上，我们的定义被留在了其他文件中（这里是留在了Stack.cpp中了）。

那我们应该如何预防此类问题的出现呢？回到我们第3点特性的开头，只需将函数定义声明都放在头文件中即可（防止声明定义分离）

?

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知识加餐

学习了inline的特性之后，我们很容易联想到C语言宏的知识，接下来让我们一起来学习一道面试题的相关知识

【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？

1. 常量定义 换用const enum
2. ?短小函数定义 换用内联函数（inline）-- 今天所学知识！！！

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8.auto关键字(C++11)

8.1类型别名思考

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

举个例子

std::map<std::string, std::string>::iterator

上述代码实际上是一个类型，但是该类型太长了，特别容易写错。

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。

8.2auto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。?

简而言之：auto在特定条件下，可以根据你所写的代码，自行推导出所修饰变量的类型。

【使用示例】

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;

	return 0;
}

【错误示例】

	//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

【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。

8.3auto使用细则

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&

int main()
{
	int x = 10;
    //下两式无区别
	auto a = &x;
	auto* b = &x;

    //引用要加&
	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;
}

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。

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
}

8.3auto不能推导的场景

1.auto不能做函数的参数

// 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};//err
}

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。

9. 基于范围的for循环(C++11)

9.1范围for循环的用法

void TestFor()
{
	int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
	for (auto& e : array)
		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。

9.2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，未来我们会深入学习，现在我们只需要了解一下就行了。

10.指针空值nullptr(C++11)

10.1C++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，都不可避免的遇到一些问题：

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;
}