【C++深入浅出】初识C++下篇（auto关键字、范围for、nullptr指针）

忆梦初心2023-08-27 11:51

目录

[一. 前言](#一. 前言)

[二. auto关键字](#二. auto关键字)

[2.1 auto的引入](#2.1 auto的引入)

[2.2 auto简介](#2.2 auto简介)

[2.3 auto的使用细则](#2.3 auto的使用细则)

[2.4 auto不能推导的场景](#2.4 auto不能推导的场景)

[三. 基于范围的for循环(C++11)](#三. 基于范围的for循环(C++11))

[3.1 范围for的语法](#3.1 范围for的语法)

[3.2 范围for的原理](#3.2 范围for的原理)

[3.3 范围for的使用条件](#3.3 范围for的使用条件)

[四. 指针空值nullptr(C++11)](#四. 指针空值nullptr(C++11))

一. 前言

上期我们介绍了c++新增的两个重要语法：引用和内联函数，今天我们带来的内容是auto关键字 、范围for以及nullptr指针，本期也是初识C++的最后一期。上期回顾：

【C++深入浅出】初识C++中篇（引用、内联函数）http://t.csdn.cn/LCvY0话不多说，直接上菜！！！

二. auto关键字

2.1 auto的引入

在我们写代码的过程中，可曾发现，随着程序越来越复杂，程序中用到的类型也越来越复杂，包括但不限于以下两点：1. 类型难于拼写、2. 含义不明确导致容易出错。例如：

cpp 复制代码 
#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;
}

你没有看错，上面的std::map<std::string, std::string>::iterator 其实是一个类型，是不是非常吓人。像这种长类型特别容易写错，有的人可能已经想到了解决方案：可以通过typedef给类型取别名。是的，这无疑也是种好方法，但使用typedef前我们必须先知道类型，有时候这并不容易做到。那怎么办呢？不急，C++11中的auto关键字就是为了解决这个问题。

2.2 auto简介

在早期C/C++中使用auto修饰的变量，是具有自动存储器的局部变量，但由于用处不大，一直没有人去使用它。

而在C++11中，C++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，使用auto声明的变量类型编译器会在编译时期自动推导而得。

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。

cpp 复制代码 
#include<string>
int TestAuto()
{
	return 10;
}
int main()
{
	int a = 10;
	string s;
	auto b = a;
	auto c = 'a';
	auto d = TestAuto();
	auto e = s.begin();
	cout << typeid(b).name() << endl; //typeid类似于sizeof一样，是一个操作符，其可以用来获取变量的类型。
	cout << typeid(c).name() << endl;
	cout << typeid(d).name() << endl;
	cout << typeid(e).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;
}

输出结果如下

可以看出，编译器自动帮我们将类型推导出来了，是不是非常方便

2.3 auto的使用细则

学会了auto的基本使用，接下来就是避坑时间惹

1. auto定义变量时必须对其进行初始化

auto并非是一种"类型"的声明，而是一个类型声明时的"占位符"。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，然后将auto替换为变量实际的类型。

cpp 复制代码 
int main()
{
	int val = 10;
	auto a; //错误写法，编译时会报错
	auto b = val; //正确写法，定义时进行初始化，编译器才能进行推导然后将auto替换
	return 0;
}

2.auto和指针和引用

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&。

cpp 复制代码 
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;
}

3. 在同一行定义多个变量

当在同一行声明多个变量时，这些变量必须类型相同，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，然后将auto进行替换，最后用替换后的类型定义其他变量。

cpp 复制代码 
int main()
{
	auto a = 1, b = 2; // 正确写法
	auto c = 3, d = 4.0; // 编译失败，因为c和d的初始化表达式类型不同

	return 0;
}

2.4 auto不能推导的场景

1、auto不能作为函数的参数

cpp 复制代码 
// 此处代码编译失败，auto不能作为形参类型，
// 原因：函数调用传参发生在运行阶段，故在编译阶段编译器无法对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

cpp 复制代码 
int main()
{
	int a[] = { 1,2,3 };
	auto b[] = { 4,5,6 };
	return 0;
}

三. 基于范围的for循环(C++11)

3.1 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：

cpp 复制代码 
int main()
{
	int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
	for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++i)
	{
		array[i] *= 2; //利用下标访问
	}
	cout << endl;
	for (int* p = array; p < array + sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++p)
	{
		cout << *p << ' '; //利用指针访问
	}
	cout << endl;

}

但是对于array这个有范围的集合而言，由程序员来说明循环的范围显然显得有点多余，有时候还会容易犯错误产生越界。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：第一部分是范围内迭代取得的变量，第二部分则表示进行迭代的集合对象。上述代码使用范围for改写如下

cpp 复制代码 
int main()
{
	int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
	for (auto& e : array) //依次取数组的数据给引用变量e，自动判断结束，自动迭代 + 1
	{
		e *= 2;
	}
	for (auto e : array) //依次取数组的数据赋值给变量e，自动判断结束，自动迭代 + 1
	{
		cout << e << " ";
	}
	return 0;
}

可以看到，我们使用到了之前学的auto关键字，利用auto的自动类型推导，我们无需显式地写出e的类型，使得范围for的使用更加简洁方便，这也是auto的常见优势用法之一。

在第一个范围for中，由于e是引用变量，因此e表示的是数组每个元素的别名，对e进行修改就是对数组元素进行修改。

而在第二个范围for中，e是普通变量，表示的是数组每个元素的拷贝，对e进行修改对数组元素没有影响。

**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。

3.2 范围for的原理

可能会有的小伙伴会好奇：范围for这个东西这么智能，既能自动迭代，还能自动判断结束，那么它的原理究竟是什么呢

实际上，并没有想象中的那么复杂。范围for的底层原理实际上就是迭代器遍历，编译器在编译时会自动将范围for的代码替换为迭代器遍历相关代码。迭代器的知识我们后续会介绍，这里大家将其理解为指针即可。

下面是一段vector容器的遍历代码：

cpp 复制代码 
int main()
{
	vector<int> v;
	for (int i = 1; i <= 5; i++) //插入1-5的数据
	{
		v.push_back(i);
	}

	for (auto e : v) //范围for遍历
	{
		cout << e << ' ';
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

编译器编译时范围for会替换成类似于如下的代码：

cpp 复制代码 
int main()
{
	vector<int> v;
	for (int i = 1; i <= 5; i++) //插入1-5的数据
	{
		v.push_back(i);
	}

	vector<int>::iterator it = v.begin();
	//auto it = v.begin(); //迭代器的类型较长，也可以使用auto自动推导

	while (it != v.end()) //迭代器遍历，这里将it当做指针理解即可
	{
		cout << *it << ' ';
		it++;
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

**结论：**范围for其实就是编译器进行了替换，本质上还是迭代器的遍历。

3.3 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，for循环迭代的范围就是从数组中第一个元素到最后一个元素；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。

cpp 复制代码 
void putArray(int array[])
{
	//数组传参发生降维，array是个指针，指向数组首元素
	for (auto e : array) //由于array只是个int*指针，我们无法确定迭代的范围，故这里的范围for会报错
	{
		cout << e << ' ';
	}
}
int main()
{

	vector<int> v;
	for (int i = 1; i <= 5; i++) //插入1-5的数据
	{
		v.push_back(i);
	}

	for (auto e : v) //范围for遍历vector容器类。范围：v.begin()~v.end()
	{
		cout << e << ' ';
	}
	cout << endl;

	int array[5] = { 1,2,3,4,5 };
	for (auto e : v) //范围for遍历array数组。范围：从第一个元素的下标0到最后一个元素的下标4
	{
		cout << e << ' ';
	}

	putArray(array);
	return 0;
}

2、迭代的对象要实现++和==的操作

上面我们看到范围for替换为迭代器遍历的代码中，使用迭代器it进行遍历时需要用到++和==的操作，顾迭代器需要支持++和==的操作。（目前不清楚的了解一下即可，等到我们讲解迭代器时再深入讨论）

四. 指针空值nullptr(C++11)

在C语言中，我们对指针进行初始化时，经常会用NULL空指针进行初始化，如下：

cpp 复制代码 
int main()
{
	int* p1 = NULL;
	return 0;
}

实际上，NULL是一个宏，在传统的C头文件(stddef.h)中，可以看到如下代码：

可以看到，NULL在C++中被定义为字面常量0，在C语言中被定义为无类型指针(void*)常量。而字面常量0在编译器看来默认是整形常量，这就会导致出现一些不可预料的错误，例如：

cpp 复制代码 
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;
}

上述代码在C++中的结果如下所示

本意我们是想通过f(NULL)调用指针版本的f(int*)函数，但是由于NULL在C++中被定义成字面常量0，因此调用了更符合的f(int)函数，与程序的初衷相悖。如果我们执意要调用f(int*)函数，只能将NULL强制类型转换为int*，再进行调用即可，但这样会显得非常奇怪

出于以上原因，C++11新增了一个关键字nullptr用来表示指针空值，如下：

cpp 复制代码 
void f(int)
{
	cout << "f(int)" << endl;
}
void f(int*)
{
	cout << "f(int*)" << endl;
}
int main()
{
	f(0);
	f(nullptr); //nullptr表示空指针
	return 0;
}

此时代码的结果就符合我们初衷了：

关于nullptr的几点说明与建议

  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C++中表示指针空值时最好使用nullptr。

以上，就是本期的全部内容啦 🌸

制作不易，能否点个赞再走呢 🙏

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