【C++初阶】C++入门——内联函数、auto、范围for、nullptr-Toy模板网

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【C++初阶】C++入门——内联函数、auto、范围for、nullptr,初级C语言,c++,开发语言

一、内联函数

普通的函数在调用的时候会开辟函数栈帧，会产生一定量的消耗，在C语言中可以用宏函数来解决这个问题，但是宏存在以下缺陷：复杂、容易出错、可读性差、不能调试。为此，C++中引入了内联函数这种方法。

1.1 定义

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，所以内联函数可以提高程序的运行效率。
🪆普通函数：

int Add(int x, int y)//这里的Add是一个普通函数
{
	return x + y ;
}

int main()
{
	int ret = 0;
 	ret = Add(3, 5);
	cout << ret << endl;
	return 0;
}

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🪆内联函数：

inline int Add(int x, int y)
{
	return x + y ;
}

int main()
{
	int ret = 0;
 	ret = Add(3, 5);
	cout << ret << endl;
	return 0;
}

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注意：在默认的Debug模式下，内联函数是不会展开的，需要进行设置，设置过程如下：

1.2 特性

inline是一种以时间换空间的做法，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，优点：少了调用开销，提高程序运行效率。
inline对编译器而言只是建议，不同的编译器关于inline的实现机制可能不同，一般建议：将函数规模小的（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。
inline建议函数声明和定义不能分离，因为内联函数在预处理阶段就直接展开，因此内联函数不会进符号表，因此如果声明和定义分离，头文件只有声明，在预处理阶段，头文件展开，只知道该函数是一个内联函数，没有对应函数的定义，因此就无法完成替换，那就只能等通过call在链接阶段去找该函数，但是它是内联函数，没有进符号表，所以链接阶段就会报错。

🪆为什么是函数规模小？
假设一个函数经过编译，得到五十条汇编指令。普通情况下，调用此函数只需要一条call指令，调用10000此也就10000条call指令，但是如果把这个函数设置成内联函数，指令的数量就会大大增加，因为内联函数完成的是替换，把所有调用它的地方，都用函数体去替换，这也就意味着，原来1条call指令就能完成的任务，现在替换后就变成了50条指令，假如还是调用了10000次该函数，那就从10000条call指令，变成了500000条指令，其实这就是代码膨胀。

inline int Add(int x, int y)
{
	cout << "xxxxxxxxxxxx" << endl;
	cout << "xxxxxxxxxxxx" << endl;
	cout << "xxxxxxxxxxxx" << endl;
	cout << "xxxxxxxxxxxx" << endl;
	cout << "xxxxxxxxxxxx" << endl;
	cout << "xxxxxxxxxxxx" << endl;
	cout << "xxxxxxxxxxxx" << endl;
	cout << "xxxxxxxxxxxx" << endl;
	cout << "xxxxxxxxxxxx" << endl;
	cout << "xxxxxxxxxxxx" << endl;
	cout << "xxxxxxxxxxxx" << endl;
	cout << "xxxxxxxxxxxx" << endl;
	return x + y ;
}

int main()
{
	int ret = 0;
 	ret = Add(3, 5);
	cout << ret << endl;
	return 0;
}

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对于上面函数体比较长的函数，即使我们人为规定了它是内联，但最终还是通过call指令去调用函数。

🪆为什么是被频繁调用？
因为普通函数在调用的时候会创建函数栈帧，若频繁调用就会频繁的创建栈帧，增加消耗。宏和内联，就是为了解决开销问题。如果调用的次数不多，开辟一点栈帧是无所谓的。

二、auto关键字

2.1 简介

C++11中规定：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。简单来说，auto会根据表达式自动推导类型。

int main()
{
	int a = 0;
	auto b = a;//自动推导出b的类型是int
	auto c = 1.11 + 1;//自动推导出c的类型是double
	cout << typeid(b).name() << endl;//typeid可用来查看变量类型
	cout << typeid(c).name() << endl;
	return 0;
}

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🪆注意：
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，而是一个类型声明的“占位符”，编译器在编译阶段会将auto替换为变量实际的类型。

int main()
{
	auto a;//错误，必须要初始化
	return 0;
}

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2.2 auto使用细则

🪆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aauto*没有任何区别，但是auto声明引用类型时，必须要加&，如下，如果c不加&的话，就是x的一份拷贝。

int main()
{
	int x = 10;
	auto a = &x;//根据右边推出，a是一个指针类型
	auto* b = &x;//右边必须是一个地址，因为前面加了*
	auto& c = x;//引用必须要加&
}

🪆在同一行定义多个变量
当在同一行声明多个变量的时候，这些变量必须是相同的类型，否则编译器会报错，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。

int main()
{
	auto a = 10, b = 30;
	auto c = 60, d = 1.1;//该行编译失败，c和d的初始化类型不同
}

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2.3 不能使用auto的场景

auto不能作为函数的参数

//错误，编译器无法对x的实际类型进行推导
void Text(auto x)
{}

·auto不能直接用来声明数组

void Text()
{
	//auto arr[] = { 1, 2, 3 };//错误写法，请勿模仿
	int arr[] = {1, 2, 3}//这才是正确写法
}

小Tips：auto在实际中常被用在：基于范围的for循环中、还有lambda表达式中、其次就是一些非常非常长的类型，也会用auto进行替换。

三、基于范围的for循环

🪆C++98中遍历一个数组：

void TestFor()
{
	int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
	for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++i)//通过下标访问
     	array[i] *= 2;
	for (int* p = array; p < array + sizeof(array)/ sizeof(array[0]); ++p)//通过指针访问
     	cout << *p << endl;
}

🪆C++98中遍历一个数组：
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，有时候还容易犯错误。因此C++11中引入了基于范围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。

void TestFor()
{
	int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
	for(auto& e : array)//加引用可以对后面的值修改
     	e *= 2;
	for(auto e : array)
     	cout << e << " ";
	return 0;
}

3.1 范围for的使用条件

for循环迭代的范围必须是确定的
迭代的对象要实现++和==的操作

对数组而言，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方法，begin和end就是for循环的迭代范围。范围for本质上是迭代器，支持迭代器就支持范围for。

void Text(int arr[])//arr本质上只是一个地址，没有范围
{
	for (auto a : arr)//错误
	{
		cout << a << endl;
	}
}

四、指针空值nullptr

良好的编程习惯要求我们，在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，我们一般会把它置空。
🪆回顾NULL：

void f(int)
{
	cout << "f(int)" << endl;
}
void f(int*)
{
	cout << "f(int*)" << endl;
}
int main()
{
	f(0);
	f(NULL);
	return 0;
}

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上述代码的本意是：希望通过f(NULL);去调用void f(int*)，但是通过执行结果可以看出，f(NULL);调用的是void f(int)。这是因为NULL被定义成了0，且C++98中规定，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一个整型常量，如果要将其按照指针的方式来使用，必须对其进行强制类型转换(void*)0。
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🪆认识nullptr：
nullptr用来表示指针空值，因为nullptr是C++11作为新关键字引入的，所以在使用的时候不需要包头文件。C++11中，sizeof(nullptr)和sizeof((void*)0)所占字节数相同。

int main()
{
	cout << sizeof(nullptr) << endl;
	cout << sizeof((void*)0) << endl;
	return 0;
}

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