C++ 从 C 到进阶 ②：引用、inline 、nullptr

烟花落o2026-08-10 16:40

目录

[1. 引言](#1. 引言)

[2. 引用（Reference）](#2. 引用（Reference）)

2.1引⽤的概念和定义

[2.2 引用的特性](#2.2 引用的特性)

[2.3 引用的使用](#2.3 引用的使用)

2.4const引用

2.5指针和引用的关系

[3. 内联函数（inline）](#3. 内联函数（inline）)

[4. 空指针常量 nullptr](#4. 空指针常量 nullptr)

[5. 总结](#5. 总结)

1. 引言

在上一篇中，我们学习了命名空间、输入输出流、缺省参数和函数重载这四个 C++ 从 C 升级而来的核心特性。本文将延续这个话题，继续讲解三个同样重要且实用的特性：引用（reference） 、inline 函数 和 nullptr。

  • 引用是 C++ 中一种全新的变量类型，它比指针更安全、使用更便捷，在某些场景下可以完美替代指针

  • inline 函数用于优化程序性能，是 C 语言中宏定义的更优替代方案

  • nullptr 则用于解决 C 语言中 NULL 存在的二义性问题

掌握这三个特性，你的 C++ 代码将更加安全、高效和规范。

2. 引用（Reference）

2.1引⽤的概念和定义

引⽤不是新定义⼀个变量，⽽是给已存在变量取了⼀个别名，编译器不会为引⽤变量开辟内存空间， 它和它引⽤的变量共⽤同⼀块内存空间。

语法格式：

类型& 引用别名 = 引用对象

示例：

cpp 复制代码 
int& ra = a;//ra是a的引用（别名）

引用和指针的形式区别：

cpp 复制代码 
int& ra = a;   //引用：别名
int *ra = &a;  //指针：存储地址

实际应用示例：

cpp 复制代码 
#include<iostream>
using namespace std;

int main()
{
	int a = 0;
	int& ra = a;        //这里ra和rb是a的别名
	int& rb = a;        //这里ra和rb是a的别名（一个变量可以用=有多个引用）
	cout << a << endl;
	cout << ra << endl;
	cout << rb << endl;
	int& rc = rb;       //也可以给别名起别名
	cout << rc << endl;
	ra++;               //修改ra相当于修改a
	cout << a << endl;
	cout << ra << endl;
	cout << rb << endl;
	cout << rc << endl;
	return 0;
}

画图可以这么理解：

2.2 引用的特性

1.引用在定义时必须初始化

cpp 复制代码 
#include<iostream>
using namespace std;

int main()
{
	int a = 10;
	int& ra = a;
	int b;
	int& rb = b;
	//int& rc;//这里未进行初始化，若未注释，会报错：rc必须初始化引用
	return 0;
}

2.一个变量可以有多个引用

cpp 复制代码 
#include<iostream>
using namespace std;

int main()
{
	int a = 0;
	int& ra = a;
	int& rb = a;//这里ra和rb是a的别名
	cout << a << endl;  //0
	cout << ra << endl; //0
	cout << rb << endl; //0
	int& rc = rb;//也可以给别名起别名
	cout << rc << endl; //0
	return 0;
}

3.引用一旦引用一个实体，就不能再引用其他实体

cpp 复制代码 
#include<iostream>
using namespace std;

int main()
{
    int a = 0;
    int b = 1;
    int& ra = a;       // ra 是 a 的别名

    cout << "a = " << a << endl;   // a = 0
    cout << "b = " << b << endl;   // b = 1
    cout << "修改前 ra = " << ra << endl;  // ra = 0

    // int& ra = b;    // 错误！ra 已经声明过了，不能再次声明
    // 这行如果取消注释，编译器报错：ra重定义，多次初始化

    ra = b;            // 注意：这不是让 ra 指向 b！
                       // 而是把 b 的值（1）赋值给 ra 所引用的变量 a
                       // 所以此时 a 变成了 1

    cout << "修改后 ra = " << ra << endl;  // ra = 1
    cout << "a = " << a << endl;           // a = 1（验证 a 确实被改了）

    return 0;
}

重要结论：

  • ra = b; 是赋值操作 ，把 b 的值赋给 ra 所引用的变量 a。

  • 引用不能 像指针那样通过 pa = &b; 来改变指向的对象。

  • 引用从初始化那一刻起，就终身绑定到那个对象，无法更改。

2.3 引用的使用

1.引用在实践中主要是于引用传参和引用做返回值（在类和对象中会了解）中减少拷贝提高效率和改变引用对象时同时改变被引用对象。

cpp 复制代码 
#include<iostream>
using namespace std;

int main()
{
	int a = 0;
	int& ra = a;
	cout << "修改前：a = " << a << endl;   //a = 0
	cout << "修改前：ra = " << ra << endl; //ra = 0
	ra++;
	cout << "修改后：a = " << a << endl;   //a = 1
	cout << "修改后：ra = " << ra << endl; //ra = 1
    //改变引用对象(ra)的同时被引用对象(a)也改变了
	return 0;
}

2.引用传参跟指针传参功能是类似的，引用传参相对更方便一些。

引用传参非常典型的例子就是用一个函数交换两个变量的值，之前我们都是采用的是指针的方式，下面我们来对比一下指针和引用这两种方法：

1.指针的方法

cpp 复制代码 
#include<iostream>
using namespace std;

void Swap(int* a, int* b)
{
	int tmp = *a;//将a所指向位置的值(0)储存在tmp中
	*a = *b;//将b的指向位置的值（1）给a指向的空间中的值，使得a存储的值变为了1
	*b = tmp;//将tmp所存储的值给b所指向位置的值，使得b存储的值变为0
}

int main()
{
	int a = 0;
	int b = 1;
	cout << "修改前：a = " << a << endl;
	cout << "修改前：b = " << b << endl;
	Swap(&a, &b);
	cout << "修改后：a = " << a << endl;
	cout << "修改后：b = " << b << endl;
	return 0;
}

2.引用的方法

cpp 复制代码 
#include<iostream>
using namespace std;

void Swap(int& ra, int& rb)
{
	int tmp = ra;
	ra = rb; //此处是将rb的值拷贝到了ra，他们的指向没有发生变化
	rb = tmp;
}

int main()
{
	int a = 0;
	int b = 1;
	cout << "修改前：a = " << a << endl;
	cout << "修改前：b = " << b << endl;
	Swap( a, b);
	cout << "修改后：a = " << a << endl;
	cout << "修改后：b = " << b << endl;
	return 0;
}

引用的方法是不是更简便些了呢，小编在这里建议写引用的方法，但是指针交换数值也要理解，特定场景下可能也需要使用哦~~

3.引用和指针在实践中相辅相成，功能有重叠性，但是各有特点，互相不可替代。C++的引用跟其他语言的引用(如Java)是有很大的区别的，除了用法，最大的点，C++引用定义后不能改变指向， Java的引用可以改变指向。

注意： 对于双指针问题，不能使用"&&"这种引用方法替代指针，这种写法是错误的。

cpp 复制代码 
// ❌ 注意：&& 在 C++ 中是右值引用，不能用来替代二级指针
void Func(int** pp) { }  // 二级指针
// void Func(int&& rr) { } // 这是右值引用，与二级指针无关！

// ✅ 如果要替代部分二级指针场景，应该使用"指针的引用"
void Func(int*& rp) { }  // 指针的引用，可以替代部分二级指针场景

2.4const引用

1.可以引用⼀个const对象，但是必须用const引用。const引用也可以引用普通对象，因为对象的访问权限在引用过程中可以缩小，但是不能放大。

在c语言中const是一个关键字，用于定义常量，那么const引用本身只能读取数据，不能修改数据。

cpp 复制代码 
#include<iostream>
using namespace std;

int main()
{
	const int b = 10;   //这里的b只能读不能修改（b是常量，常量不能修改）
	const int& rb = b;  //const可以引用一个const对象，这里必须用const引用
	//int& rc = b;      //rc在这里可以读可以修改，但b本身不能修改，这就是权限放大了，是错误的

	const int& c = 10;  //10是常量（字面量），const引用可以绑定到常量

	int a = 0;
	int& ra = a;        //这里ra可以读可以修改
	const int& rd = a;  //这里的rb只可读不可以修改，那么在这里就是权限缩小，是正确的

	return 0;
}

要充分运用const引用，我们要先了解一下临时对象：

2.所谓临时对象就是编译器需要⼀个空间暂存表达式的求值结果时临时创建的⼀个未命名的对象， C++中把这个未命名对象叫做临时对象。

下面五种情况下会产生临时对象（2和5是在类与对象中会了解到）：

  1. 表达式运算
  2. 调用一个函数，函数传值返回
  3. 类型转换
  4. 常量
  5. 返回临时对象的函数
cpp 复制代码 
#include<iostream>
using namespace std;

int main()
{
	int a = 0;            //0表示的是一个常量
	int b = 1;
	int rb = (a + b);    //a+b这种就是表达式运算

	double d = 12.34;
	int c = d;           //double类型转换为int类型是类型转换
	return 0;
}

这里我没有使用引用来表示这些量，普通引用直接运用是错误的，就需要使用const引用。

3.C++规定临时对象具有常性，所以这里就触发了权限放大·，必须要用常引用（const引用）才可以。

cpp 复制代码 
#include<iostream>
using namespace std;

int main()
{
	int a = 1;
	int b = 2;
	//int& rb = (a + b);//a+b是表达式运算，需要存储在临时对象中，
					    //临时对象具有常性，只能读不能修改，
					    //但是rb可以读也可以修改，就是权限放大，
					    //在此我们就需要运用const来限制只能读，不能修改
	const int& rb = (a + b);//这种是有出现临时对象时正确形式的书写形式
	cout << a << endl;
	cout << b << endl;
	cout << rb << endl;
	return 0;
}

图像我们可以这么理解：

ra销毁后，临时对象才会销毁，所以不用担心指向的是空指针的问题。

2.5指针和引用的关系

  • 语法概念上引用 是⼀个变量的取别名不开空间 ，指针 是存储⼀个变量地址，要开空间。

  • 引用 在定义时必须初始化 ，指针建议初始化，但是语法上不是必须的。

  • 引用 在初始化时引⽤⼀个对象后，就不能 再引⽤其他对象；⽽指针 可以在不断地改变指向对象。

  • 引⽤可以直接访问 指向对象，指针需要**解引⽤**才是访问指向对象。

  • sizeof中含义不同，引⽤结果为引用类型的⼤⼩ （即所引用对象的大小），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，64位下是8byte)

  • 指针很容易出现空指针和野指针 的问题，引⽤很少出现，引⽤使⽤起来相对更安全⼀些。

cpp 复制代码 
#include<iostream>
using namespace std;

int main()
{
	int a = 0;
	int* p = &a;
	*p = 1;//指针需要解引用才能访问对象

	int b = 2;
	int& rb = b;
	rb = 3;//引用可以直接访问对象
	return 0;
}

3. 内联函数（inline）

1.⽤inline修饰的函数叫做内联函数，编译时C++编译器会在调用的地方展开内联函数，这样调用内联函数就需要建立栈帧了，就可以提高效率。

2.inline对于编译器而言只是⼀个建议，也就是说，你加了inline编译器也可以选择在调用的地方不展开，不同编译器关于inline什么情况展开各不相同，因为C++标准没有规定这个。inline适用于频繁调用的短小函数（1-10行），对于递归函数，代码相对多⼀些的函数，加上inline也会被编译器忽略。

展开 vs 不展开的区别：

  • 不展开：函数体代码 100 条指令，调用 1000 次，总指令 ≈ 100 + 1000 次调用开销

  • 展开 ：每次调用都要复制 100 条指令，总指令 ≈ 100 × 1000 = 100000 条指令（代码膨胀）

3.C语言实现宏函数也会在预处理时替换展开，但是宏函数实现很复杂很容易出错的，且不方便调 试，C++设计了inline目的就是替代C的宏函数。

ADD函数用宏的写法：

cpp 复制代码 
#include<iostream>
using namespace std;

//宏的写法

#define ADD(a,b) ((a) + (b))

//对于宏的写法有三个问题：
//1.为什么不能加分号？
//2.为什么要加外部的括号？
//3.为什么要加内部的括号？

int main()
{
	int ret = ADD(1, 2);               //这里相当于int ret = ((1) + (2)) = 3;
	cout << ADD(1, 2) << endl;         //3
                                       //宏定义是文本替换，加分号展开后变成 cout << ((1) +(2)); << endl;，出现语法错误。
	cout << ADD(1, 2) * 5 << endl;     //如果不加外部的括号，就是(1)+(2)*5=11
	cout << ADD(1 & 2, 1 | 2) << endl; //如果不加内部的括号，就是(1&2+1|2)=3,与我们要计算的不一样
	//不同形式下，由于比较级不同，会导致不同的结果
	return 0;
}

用inline的写法：

cpp 复制代码 
#include<iostream>
using namespace std;

//inline的写法

inline int ADD(int a, int b)
{
	int ret = a + b;
	return ret;
}

int main()
{
	int ret = ADD(1, 2);
	cout << ADD(1, 2) << endl;       //3
	cout << ADD(1, 2) * 5 << endl;   //15
	cout << ADD(1 & 2, 1|2) << endl; //3
	return 0;
}

4.vs编译器debug版本下面默认是不展开inline的，这样方便调试，debug版本想展开需要设置⼀下以下两个地方。

在项目属性（最后一行）中：

5.inline不建议声明和定义分离到两个文件，分离会导致链接错误。因为inline被展开，就没有函数地址，链接时会出现报错。

如果把 inline 函数的声明放在 .h 文件，定义放在 .cpp 文件，其他文件在调用时只能看到声明，找不到函数地址（因为展开后没有生成符号），链接时就会报 "无法解析的外部符号" 错误。

✅ 正确做法 ：将 inline 函数的声明和定义都放在同一个 .h 头文件中。

4. 空指针常量 nullptr

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：

cpp 复制代码 
#ifndef NULL
    #ifdef __cplusplus
        #define NULL  0    //c++中NULL被定义为0
    #else
        #define NULL ((void*)  0) //c语言中被定义为void*类型的0,
                                  //在 C 语言中，NULL 是 (void*)0，可以隐式转换为其他指针类型，比如 int* p1 = NULL; 是合法的。


    #endif
#endif

1.C++中NULL可能被定义为字⾯常量0，或者C中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，本想通过f(NULL)调⽤指针版本的 f(int*)函数，但是由于NULL被定义成0，调⽤了f(intx)，因此与程序的初衷相悖。f((void*)NULL); 调⽤会报错。

在下面这种形式中我们感觉的和实际上是不一样的：

cpp 复制代码 
#include<iostream>
using namespace std;

void func(int x)
{
	cout << "func(int x)" << endl;
}

void func(int* x)
{
	cout << "func(int* x)" << endl;
}
//这两个函数参数的类型不同，为函数重载

int main()
{
	func(0);//这里是第一个函数
	func(NULL);//这里也是第一个函数
	return 0;
}

我们之前学习 C 语言时，认为 NULL 是指针类型，但在 C++ 中 NULL 被宏定义为整型 0。而且 C++ 中 void* 不能隐式转换为 int*，所以即使想通过强制类型转换来解决也不行，这样会导致类型不匹配。

2.C++11中引⼊nullptr，nullptr是⼀个特殊的关键字，nullptr是⼀种特殊类型的字面量，它可以转换成任意其他类型的指针类型。使⽤nullptr定义空指针可以避免类型转换的问题，因为nullptr只能被隐式地转换为指针类型，而不能被转换为整数类型。

cpp 复制代码 
int main()
{
    func(0);        // 调用 void func(int x)
    func(NULL);     // 调用 void func(int x)（NULL 是 0）
    func(nullptr);  // ✅ 调用 void func(int* x)（nullptr 匹配指针版本）
    return 0;
}

在 main 函数中添加 func(nullptr);，就会调用指针版本的 void func(int* x) 函数，因为 nullptr 只能匹配指针类型。

5. 总结

本篇我们继续学习了 C++ 从 C 升级而来的三个核心特性，下面是知识点的快速回顾：

特性 核心作用 要点记忆
引用 给已存在变量取别名，不开辟新内存 必须初始化、一个变量可有多个引用、一旦引用不能更改绑定；const引用可绑定常量和临时对象；传参更简洁，推荐替代指针传参
inline函数 在调用处展开，减少函数调用开销 适用于频繁调用的短小函数；对编译器仅为建议；声明和定义需放在同一头文件；替代C语言宏函数
nullptr 表示空指针 C++11引入的关键字；解决NULL在重载中的二义性问题；只能隐式转换为指针类型，不能转为整数类型

关键理解：

  • 引用通过"别名"机制，让代码更简洁安全，传参时无需取地址和解引用，是C++中强烈推荐的特性

  • inline是宏定义的"现代化"替代方案，保留了宏"展开"的优势，同时弥补了类型检查、可调试等不足

  • nullptr解决了NULL历史遗留的二义性问题，让空指针的表达更明确、更类型安全

📌 下篇预告：

《C++ 从 C 到进阶 ③：类和对象（上）》

将正式进入C++面向对象编程的大门，深入讲解类的定义、访问限定符、实例化、对象大小以及this指针，最后对比C语言和C++实现Stack的区别。

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