【C++入门】内联函数、auto与基于范围的for循环

大耳朵土土垚2024-04-17 15:05

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目录

1.内联函数

1.1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。

  • 内联函数通常在函数定义处使用关键字inline进行声明，例如：
cpp 复制代码 
inline int add(int a, int b)
{
    return a + b;
}

在使用内联函数时，编译器会将函数的代码直接插入到调用处。这样可以减少函数调用的开销，特别是对于频繁调用的小函数，可以提高程序的执行效率。

1.2内联函数特点

  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；

  1. 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，有的可能会直接忽略内联函数而直接当成普通的函数调用；

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. 内联函数的定义必须在调用点之前；
  2. 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）
    例如：
cpp 复制代码 
// 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

结果如下：

上述例子可以发现内联函数声明定义最好不要分离，否则会出现链接错误；

总而言之，内联函数是一种编程技术，可以用于提高函数调用的效率，但需要根据具体情况权衡使用。

2.auto关键字(C++11)

2.1auto介绍

auto是一个C++11引入的关键字，用于自动推导变量的类型。通过使用auto关键字，编译器可以根据变量的初始化表达式自动推断出其类型。

使用auto关键字可以简化变量类型的声明，特别是当变量的类型相当复杂或较长时。例如：

cpp 复制代码 
auto number = 42;       // 推导为int类型
auto name = "Alice";    // 推导为const char*类型
auto result = add(3, 4); // 推导为函数返回值的类型

在上述示例中，auto关键字根据初始化表达式的类型来推断变量的类型，避免了显式地声明变量类型。

例如：

cpp 复制代码 
int TestAuto()
{
return 10;
}
int main()
{
int a = 10;
auto b = a;
auto c = 'a';
auto d = TestAuto();
cout << typeid(b).name() << endl;//typeid用来显示变量类型
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;
}

结果如下：

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。

需要注意的是，auto关键字在编译时进行类型推导，而不是运行时。这意味着一旦变量的类型被推导出来，就不可更改。

2.2 auto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，但是用auto声明引用类型时则必须加&。例如:

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;
    cout << x << endl;
	cout << *a << endl;
	cout << *b << endl;
	cout << c << endl;
    return 0;
}

结果如下：

上述例子可以看出a,b都是指向变量x的指针，改动它们指向的值，对应的x也会改变；c是x的引用类似于别名，对于c的改动，x也会相应变化；所以最后x、*a、*b、c的值相同；

  1. 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。例如：

cpp 复制代码 
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
}

结果如下：

上述例子可以看成当在同一行声明多个变量时，这些变量必须是相同的类型才能编译成功；

  1. 此外，auto关键字也可以与其它类型修饰符一起使用，例如const、&等。例如：
cpp 复制代码 
const auto pi = 3.14159;           // 推导为const double类型
const auto* ptr = &someVariable;   // 推导为指向常量的指针类型

总而言之，auto关键字可以简化变量类型的声明，并提高代码的可读性和可维护性。然而，过度使用auto可能降低代码的可读性，因此在使用时需要谨慎权衡。

2.3 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
//因为编译器无法对a的实际类型进行推导
void TestAuto(auto a)//错误的
{
//...
}
  1. auto不能直接用来声明数组：
cpp 复制代码 
void TestAuto()
{
    int a[] = {1,2,3};
    auto b[] = {4，5，6};//错误的
}
  1. 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；
  2. auto在实际中最常见的优势用法就是跟下面讲到的C++11提供的新式for循环，还有lambda表达式等进行配合使用。

3.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 
void TestFor()
{
int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
//1.遍历下标来打印
for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++i)
     array[i] *= 2; 
//2.利用指针来打印
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。

cpp 复制代码 
void TestFor()
{
	int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
	for (auto e : array)//这里可以用auto也可以用int
		cout << e << " ";
	cout << endl;
	for (auto& e : array)
		e *= 2;
	for (auto e : array)
		cout << e << " ";
	
}

结果如下：

这里将auto改为int：

可以看到这里auto改为int也可以运行，因为数组元素的类型是int；此外使用基于范围的for循环除了可以打印出数组的元素外还可以修改打印的值，但是这里要注意，数组的值是没有被改变的（因为for循环左边用于迭代的变量是临时变量拷贝了数组的值，它改变是不影响数组的元素的）

3.2 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的范围不确定

cpp 复制代码 
void TestFor(int array[])//函数传参并不把整个数组传过去而是传数组首元素地址，所以没办法确定数组大小
{
    for(auto& e : array)
        cout<< e <<endl;
}
  1. 迭代的对象要实现++和==的操作。(关于迭代器这个问题，现在大家了解一下就可以了)

4.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：

cpp 复制代码 
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：

c 复制代码 
#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：

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;
}

结果如下：

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，必须对其进行强制转换为(void*)0。

从上述例子中可以看到程序本意是想通过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。

所以在C++11中引入了nullptr关键字来代表一个空指针，用于表示指针不指向任何内存地址；

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。因为它是一个类型安全的空指针常量，可以隐式转换为任何指针类型。它还有助于避免由于模糊的空指针值引起的潜在错误。

5.结语

以上就是有关C++入门中内联函数、auto关键字、基于范围的for循环以及nullptr所有有关的内容啦~ 完结撒花 ~🥳🎉🎉

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