前言:
紧接着上两篇文章,c++入门基础(上):C++入门基础(上)
c++入门基础(中):C++入门基础(中)
继续补充完c++初阶入门基础的知识点,本章知识点包括:
引用和指针的区别、内联函数、auto关键字(C++11)、基于范围的for循环(C++11)、指针空值nullptr(C++11)等补充知识。
目录
[6.6 引用和指针的区别](#6.6 引用和指针的区别)
[7.2 特性](#7.2 特性)
[8.1 类型别名思考](#8.1 类型别名思考)
[9.1 范围for的语法](#9.1 范围for的语法)
[10. 指针空值nullptr(C++11)](#10. 指针空值nullptr(C++11))
6.引用
6.6 引用和指针的区别
来看下面代码,右击鼠标转到反汇编:
可以看到汇编代码,大家都是一样的,解析下面的汇编代码:
dword 双字 就是四个字节
ptr pointer缩写 即指针
[]里的数据是一个地址值,这个地址指向一个双字型数据
比如mov eax, dword ptr [a] 把内存地址a中的双字型(32位)数据赋给eax
lea表示"load effective address",表示对某个变量的地址进行加载,相当于取地址的操作。所以lea eax, [a]就是将a的地址赋给eax寄存器。
接着分别进行以下操作:
一样的转到反汇编:
引用和指针的不同点:(建议别背,从使用的角度区分)
引用概念上定义一个变量的别名,指针存储一个变量地址。
引用在定义时必须初始化,指针没有要求
引用在初始化时引用一个实体后,就不能再引用其他实体,而指针可以在任何时候指向任何 一个同类型实体
没有NULL引用,但有NULL指针
在sizeof中含义不同:引用结果为引用类型的大小,但指针始终是地址空间所占字节个数(32 位平台下占4个字节)
引用自加即引用的实体增加1,指针自加即指针向后偏移一个类型的大小
有多级指针,但是没有多级引用
访问实体方式不同,指针需要显式解引用,引用编译器自己处理
引用比指针使用起来相对更安全
7.内联函数
复习一下:实现一个ADD的宏函数
#define N 10
以下均为错误案例:
#define ADD(int x,int y) {return x+y;}
#define ADD( x, y) {return x+y;}
#define ADD( x, y) return x+y;
#define ADD(x,y) x+y;
#define ADD(x,y) x+y;
#define ADD(x,y) (x+y);//特别注意一下这一条为什么错误。
解析上面需要注意那条 :
从以上可以简单看出宏函数的优缺点:
缺点:
1、容易出错,语法坑很多
2、不能调试
3、没有类型安全的检查
优点:
1、没有的类型的严格限制
2、针对频繁调用小函数,不需要再建立栈帧,提高了效率
引出我们的内联函数,也是不需要建立栈帧.
7.1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。
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。
查看方式:
- 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vs2019的设置方式 )
在debug设置下默认是不会展开的:
在使用内联函数之前,需要进行以下设置:
展开是什么意思呢,就是不用调用函数,直接把函数里的功能直接拷贝放到main函数内实现:
而且解决了符号优先级的问题,因为函数传参,是把表达式算出结果再传进去的。
7.2****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。下图为
《C++prime》第五版关于inline的建议:
编译器视为内联函数
因代码膨胀,编译器不视为内联函数
add是内联函数,func被编译器视为不是内联函数。
把func函数类冗余的代码删除:
这样就被视作为内联了。
测试代码:
#include<iostream>
#include<vector>
#include<string.h>
#define ADD(x,y) ((x)+(y))
inline int add(int x, int y)
{
return x + y;
}
inline int func()
{
int x1 = 0;
int x2 = 0;
int x3 = 0;
int x4 = 0;
int ret = 0;
ret += x1;
//以下代码全注释掉
/*ret -= x2;
ret -= x3;
ret -= x3;
ret -= x3;
ret -= x3;
ret -= x3;
ret -= x3;
ret -= x3;
ret -= x3;
ret -= x3;
ret -= x3;
ret -= x3;
ret -= x3;
ret -= x3;*/
return 0;
}
int main()
{
ADD(1, 2);
printf("%d\n",ADD(1,2));
printf("%d\n",ADD(1,2)*3);
int a = 1, b = 2;
//ADD(a | b, a & b);//(a | b + a&b)
//int ret = add(1, 2);
int ret = add(a | b, a & b);
printf("%d\n",ret);
ret = func();
}
声明和定义分离
- 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
测试代码:
Func.h
#pragma once
#include<iostream>
using namespace std;
inline void f(int i);
void fx();
Func.cpp
#include"Func.h"
void f(int i)
{
cout << "f(int i)" << i << endl;
}
void fx()
{
//既有声明,又有定义,是直接展开
f(1);
}
main.cpp
#include "F.h"
int main()
{
f(1);
fx();
return 0;
}
以上代码执行:
无法解析的外部符号"void_cdecl f(int)"(?f@@YAXH@Z),函数 main 中用了该符号
说明:
在一个源文件形成可执行程序的阶段,预编译阶段的作用其中之一就是头文件的包含,实际上是展开:
所以说预编译之后,Func.cpp的代码其实是这个样子的:
#include <iostream>
using namespace std;
inline void f(int i);
void f(int i)
{
cout << i << endl;
}
void fx()
{
f(1);
}
编译器一看,f()函数是一个内联(inline),在调用的地方直接展开了,也就不会建立函数栈帧(不会有那一堆的汇编指令),所以就没有函数地址了,也就不会进入符号表。
即Func.cpp的符号表中,f()函数的地址是无效的。
在链接阶段,在这个main.cpp内调用f()函数,就去查这个符号表,发现地址是无效的,就会报链接型错误。
(编译链接知识点欠缺的,传送🚪:编译链接基础知识(上))
图解:
改正:
如何避免这个链接型错误?
那就让内联函数声明和定义不分离:这样的话在预编译阶段,就把Func.h内的头文件展开了,这样的话呢,在编译阶段就展开了,那么在main.cpp的符号表里面就有了f()函数的地址,在链接阶段通过main函数里面的f()函数调用,一查符号表就找到了f()函数。
Func.h
#pragma once
#include<iostream>
using namespace std;
inline void f(int i)
{
cout << "f(int i)" << i << endl;
}
void fx();
Func.cpp
#include"Func.h"
void fx()
{
//既有声明,又有定义,直接展开
f(1);
}
main.cpp
#include"Func.h"
#include<stdio.h>
int main()
{
//只有声明
cout << "内联函数:" << endl;
f(1);
cout << "调用内联函数的函数:" << endl;
fx();
}
以上代码执行:
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
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:
类型难于拼写
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。
这时候想到咱们以前学过typdef: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; // 编译成功还是失败?
const pstring* p2; // 编译成功还是失败?
return 0;
}
编译失败,因为const pstring p1;这行代码定义了一个常量指针,但没有初始化,编译器无法确定它指向的具体地址;而const pstring* p2;这行代码定义了一个指向常量指针的指针,但没有指定指针指向的类型,也无法确定它指向的具体地址。
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
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
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。
可以用来自动推导类型:
int main()
{
int a = 0;
//正常赋值是这样
int b = a;
}
用auto之后:
根据右边的值推导出左边的值的类型:
int main()
{
int a = 0;
auto b = a;//int
auto c = &a;//int*
auto& d = a;//int
}
普通场景没有什么价值,类型很长,就有价值,简化代码
std::vector<std::string> v;
std::vector<std::string>::iterator it = v.begin();
可以简化为:
auto it = v.begin();
特别注意:auto不能推导的场景
1. auto不能作为函数的参数
// 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}; }
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
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。
记住关键字:typeid
C++里面有个typeid 关键字,看变量的实际类型,拿到类型字符串(类型名)
#include<iostream>
#include<vector>
#include<string.h>
using namespace std;
int main()
{
int a = 0;
//int b = a;
auto b = a;
auto c = &a;
auto& d = a;
cout << typeid(c).name() << endl;
cout << typeid(d).name() << endl;
cout << typeid(it).name() << endl;
return 0;
}
9.基于范围的for循环(C++11)
9.1 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:
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
// 定义一个数组,接着用for循环访问,之后遍历,正常的流程是这样的:
for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++i)
array[i] *= 2;
for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++i)
cout << array[i] << " ";
cout << endl;
return 0;
}
执行:
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。
代码测试:
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
// 范围for,依次取数组中的数据赋值给e,自定判断结束,自动迭代
for (auto e : array)//范围for一般搭配auto使用,可以灵活地适应数组类型的变化
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
代码执行:
分析以下代码的问题:预计打印2 ,4,6,8,10
int main()
{
int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
for (auto x : array)
{
x *= 2;
}
for (auto e : array)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//return 0;
}
实际打印:
我们知道范围for的作用就是:依次把数组里面的array[0]、array[1]...赋值给x,但是x的改变不会影响数组里面的值,所以要给一个引用:
那这时候的x赋值,每一次都是array[0]、array[1]...的别名,修改了x就是修改了数组的值:
注意不能这么写!!!:
其他知识后面再讲解。
10. 指针空值nullptr(C++11)
我们以之前所学的知识判断以下代码是这样匹配的:
但实际上都会匹配到第一个函数:
源于c++大佬们留下的一个坑:
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
#defineNULL 0 // 在c++里面是这样定义的
#else
#define NULL ((void *)0) //不在c++里面,就是这样定义的,比如说c
#endif
#endif
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。
这个坑还不能随便改,形容的比较贴切:
c++里面为了填补这个坑:
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.
c++入门基础的知识讲解到此告一段落,如有错误,欢迎纠正,感谢来访。