解析C++内联函数与auto关键字

结衣结衣.2024-09-06 10:15

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文章目录

  • [1. 内联函数](#1. 内联函数)
    • [1.1 概念](#1.1 概念)
    • [1.2 内联的特性](#1.2 内联的特性)
    • [1.3 内联与宏](#1.3 内联与宏)
  • [2. auto关键字（C++11）](#2. auto关键字（C++11）)
    • [2.1 类型别名思考](#2.1 类型别名思考)
    • [2.2 auto介绍](#2.2 auto介绍)
    • [2.3 auto的使用规则](#2.3 auto的使用规则)
    • [2.3 auto不能推导的场景](#2.3 auto不能推导的场景)
  • 3.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的使用条件](#3.2 范围for的使用条件)
  • [4. 指针空值nullptr](#4. 指针空值nullptr)
    • [4.1 C++98中的指针空值](#4.1 C++98中的指针空值)

1. 内联函数

1.1 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。

cpp 复制代码 
#include <iostream>
using namespace std;
int add(int a,int b)
{
	return a+b;
}
int main()
{
	int ret = 0;
	ret = add(10,20);
	return 0;
}

如果在上述函数前加上inline关键字将其改为内联函数，在编译期间编译器会用函数体替换函数的调用。

cpp 复制代码 
#include <iostream>
using namespace std;
inline int add(int a,int b)
{
	return a+b;
}
int main()
{
	int ret = 0;
	ret = add(10,20);
	return 0;
}

1.2 内联的特性

  1. inline是一种以空间换时间的做法，如果编译器将会是将函数当成内联函数处理，在编译阶段会使用函数体替换调用，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. inline对于编译器而言只是一个建议，不同的编译器关于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。

一般来说，内联机制用于优化规模较小、流程直接、频繁调用的函数。很多编译器都不支持内联递归函数，而且一个75行的函数也不可能在调用内联地展开。

  1. 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，链接就找不到了。
cpp 复制代码 
//test.h
#include <iostream>
using namespace std;

inline void test(int x);
//test.c
#include "test.h"
void test(int x)
{
	//...
}
int main()
{
	test(1);
	return 0;
}
//链接错误

1.3 内联与宏

宏的优点：

  1. 增加代码的复用性
  2. 提高性能
    缺点：
  3. 不方便调试宏。
  4. 导致代码可读性差，可维护性差，容易误用。
  5. 没有类型安全的检查。
    内联就是C++用来替换宏工作的。具有宏的优点还修复了宏不能调试的缺点。

2. auto关键字（C++11）

2.1 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. 类型难以拼写。
  2. 含义不明确导致容易出错。
    可能你觉得也没啥啊，也就是几个字符而已，但是如果在使用STL库后变量的类型就会变得很长。
cpp 复制代码 
#include <string>
#include <unordered_map>
using namespace std;
int main()
{
	unordered_map<string,string> cnt = {{"apple","苹果"}};
	unordered_map<string,string>::iterator it = cnt.begin();//迭代器
	//...
	return 0;
}

unordered_map<string,string>::iterator还是比较长的。再没熟练前要敲出来还是容易敲错的。可能有人会想到利用typedef.

cpp 复制代码 
typedef unordered_map<string,string> u_map;
int main()
{
	u_map cnt = {{"apple","苹果"}};
	u_map::iterator it = cnt.begin();//迭代器
	//...
	return 0;
}

使用typedef给类型取别名确实可以简化代码，但是如果复杂的类型特别多，一个个写typedef也有点麻烦了。为了把表达式的值赋给变量，就需要在声明变量的时候清楚地知道表达式地类型，然而有时候确实做不到这点，因此C++11给auto赋予了新地意义。

2.2 auto介绍

在早期C/C++中的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，但遗憾的是一直没有人去使用它。

C++11中，标准委员会赋予了auto全新的含义：auto不再是一个存储类型的指示符，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再编译期间推导而得。

cpp 复制代码 
#include <string>
#include <iostream>
#include <unordered_map>
using namespace std;
int main()
{
	unordered_map<string,string> cnt = {{"apple","苹果"}};
	unordered_map<string,string>::iterator it = cnt.begin();//迭代器
	auto it2 = cnt.begin();
	int a = 0;
	auto b = a;
	auto c = 'c';
	cout<<typeid(b).name()<<endl;
	cout<<typeid(c).name()<<endl;
	//cout<<typeid(it2).name()<<endl;打印出来太长了
	//...
	return 0;
}
//打印结果：
/*
int
char
*/

注意：使用auto定义变量时，必须对其初始化，在编译阶段编译器要根据初始化表达式来推导auto得实际类型，因此auto并非是一种"类型"得声明，而是一个类型声明时得"占位符"，编译器在编译时，会将auto替换位变量实际的类型。

2.3 auto的使用规则

  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auto声明引用类型时必须加&。
cpp 复制代码 
#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;
}
//打印结果
/*
int *
int *
int
*/
  1. 在同一行定义多个变量
    当在同一行声明多个类型时，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。
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。
}

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 
void testauto(auto x)
{
	//...
}
//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x的实际类型进行推导。
  1. auto不能直接用来声明数组
cpp 复制代码 
void testauto2()
{
	int a[] = {1,2,3};
	auto b[] = {1,2,3};//会报错
	//...
}
  1. 为了避免与C++98中的auto发生混淆，C++11只保留auto作为类型指示符的用法
  2. auto在实际中常见的优势用法就是跟以后会用到的范围for中使用。

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 
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
	int arr[5] = {1,2,3,4,5};
	for(int i = 0;i<5;++i)
	{
		arr[i] += 2;
	}
	for(int i = 0;i<5;++i)
	{
		cout<<arr[i]<<' ';
	}
	return 0;
}

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，有时候还会犯错，因此C++11中引入的基于范围的for循环。

语法：

cpp 复制代码 
for(迭代的变量:迭代的范围)

演示：

cpp 复制代码 
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
	int arr[5] = {1,2,3,4,5};
	for(int x:arr)
	{
		cout<<x<<' ';
	}
	cout<<endl;
	for(int& x:arr)
	{
		cout<<x<<' ';
	}
	cout<<endl;
	for(auto x:arr)
	{
		cout<<x<<' ';
	}
	return 0;
}

注意：与普通循环类似，可以用continue和break。

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的用法，begin和end就是范围for循环迭代的范围。
  2. 迭代的对象要实现++和===的操作。（关于迭代器这个问题，在未来类和对象的文章中）

4. 指针空值nullptr

4.1 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，我们基本按照如下方式进行初始化。

cpp 复制代码 
void testprt()
{
	int* p1 = NULL;
	int* p2 = 0;
	//...
}

NULL其实就是个红宏，现在让我们转到定义看看。

cpp 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。不论采用那种定义，在使用空值的指针，都不可避免的遇到一些问题：

cpp 复制代码 
void f(int x)
{
	cout<<"f(int)"<<endl;
}
void f(int* x)
{
	cout<<"f(int*)"<<endl;
}
int main()
{
	f(0);//进入f(int x)
	f(NULL);//进入f(int x)
	f((int*)NULL);//进入 f(int* x)
	return 0;
}

程序的本意是想通过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既可以是一个整型数字，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整型常量，如果要将其按照指针方式来使用，必须对其进行强转（void*）0.

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作为关键字引入的。
  2. 在C++11中，sizeof(nullptr)与sizeof((void*)0)所占字符数相同。
  3. 为了提高代码的健壮性，在以后的C++学习中表示空值时建议使用nullptr
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