📑前言
上篇文章中，对函数重载和内联函数的作用和特性使用，进行了精细的详解。
引用和指针混不清？引用的抽丝剥茧！还有不用写类型可以自动推导的关键字？for遍历竟然还有我们没见过的面孔！新版空指针nullptr！本篇会对这些进行细致的讲解，以帮助大家更好的了解c++语法。
🌤️引用
你有没有被人起过外号?比如身边的朋友,喊他的时候不会叫他的全名,像我很好的朋友,我一般都喜欢叫他"阿威",而不会去称呼全名.我叫他"阿威",他还是他没有什么问题.
这里新登场的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.
☁️引用的概念
语法 ： 类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体；
从图中我们可以看出b不仅和a的值相同,地址也是一模一样!这是为什么?
这里要注意的一点是:引用类型必须和引用实体是同种类型的!
这里编译器直接就报错了,这样是不被允许的!
☁️引用的特性
⭐引用在定义时必须初始化
这里的引用a没有初始化,编译器直接报错了!
⭐一个变量可以有多个引用
此时这些引用都是n的别名,指向的就是n,和n共用一块空间!
⭐ 引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体
这里的n最开始是a别名,是指向a的引用,引用只能引用一个实体,一旦有了就不能再换了!所以这里的n拿到的是b的值,并不是引用了b,由于n是a的别名,二者共用一块空间,所以改了n改成了20,因此a也会是20!
☁️常引用
在C++中，常引用是指在函数参数列表或变量声明中使用const关键字来修饰的引用。常引用的作用是限制对被引用对象的修改。
语法： const 数据类型 &引用名 = 被引用对象;
常引用的特点如下：
- 常引用只能引用常量或临时对象，不能引用非常量对象。
- 常引用不允许对被引用对象进行修改，即不能通过常引用修改被引用对象的值。
- 常引用可以接受非常量对象、常量对象和临时对象作为参数。
- 常引用可以提高程序的效率，因为常引用不需要创建临时变量。
常引用只能引用常量或临时对象，不能引用非常量对象。如果需要引用非常量对象并且不允许修改该对象的值，可以使用const修饰符来声明常量对象。
☁️使用场景
⭐做参数
在没有引用前,我们交换两个变量的值需要使用指针来完成。现在可以使用引用来完成了。
⭐做返回值
上面是一段有问题的代码！
这里的结果是不确定的,因为Add函数返回是c的别名,也就是引用,ret接受到的就是c,此时ret就是c,第一次调用,如果函数栈帧结束后,这块空间没有被销毁,那么ret就是3,如果空间被销毁了,那么ret就是不确定的值.
第二次函数调用Add,虽然ret没有接受,但是因为在第一次函数调用后,ret就已经是c的别名了,是指向c的引用,由于函数栈帧空间的复用性,第二次Add的调用还是在上一次的空间,此时c更改了值,那么ret也就会修改!
但是这是不确定的,因为在不同的编译器下,函数栈帧调用后,会不会立即清空空间,所以值是不确定的,如果销毁了,那么ret引用的值就是个随机值,如果没销毁,那就是函数正常的返回值.(vs2022下不会立即空间清除)
但是如果加上了static修饰就会不一样,因为被static修饰的变量是静态变量,是放在静态区上的,而不是栈上,并且由于static修饰的静态的变量只能被初始化一次,所以可以在一定程度上保证安全.
☁️传值与传引用效率比较
以值作为参数或者返回值类型，在传参和返回期间，函数不会直接传递实参或者将变量本身直接返回，而是传递实参或者返回变量的一份临时的拷贝，因此用值作为参数或者返回值类型，效率是非常低下的，尤其是当参数或者返回值类型非常大时，效率就更低。
如图所示,你可以看出传引用的效率还是很高的!
-
传值的优点是简单、直观，不会对原始数据产生任何影响。但是，传值会导致参数的副本被创建，如果参数较大，传值的效率可能会比较低。
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传引用的优点是效率高，因为不需要创建参数的副本。同时，传引用可以直接修改原始数据，对原始数据产生影响。但是，需要注意的是，如果函数内部不需要修改参数的值，传引用可能会导致意外的修改，因此需要谨慎使用。
☁️值和引用作为返回值类型的性能比较
函数可以返回值或引用作为返回类型。返回值是将函数的结果复制一份返回，而返回引用是返回原始数据的引用。
通过上述代码的比较，发现传值和指针在作为传参以及返回值类型上效率相差很大。
-
返回值的优点是简单、直观，不会对原始数据产生任何影响。但是，返回值会导致结果的副本被创建，如果结果较大，返回值的效率可能会比较低。
-
返回引用的优点是效率高，因为不需要创建结果的副本。同时，返回引用可以直接修改原始数据，对原始数据产生影响。但是，需要注意的是，返回引用时需要确保原始数据的生命周期足够长，否则返回的引用可能会指向无效的数据。
☁️指针和引用的区别
引用在很多地方好像与指针类似,这里来区分他们二者的不同.
⭐语法上的区别
在语法概念上引用就是一个别名，没有独立空间，和其引用实体共用同一块空间
⭐底层上的区别
在底层实现上实际是有空间的，因为引用是按照指针方式来实现的
⭐检验
通过观察汇编我们可以看出,引用的实现是与指针相同的。那既然如此,引用是不是就是指针呢?我们来验证一下,指针根据平台的不同,分为4~8字节,我们来看看引用的大小。
64位平台下,指针大小8字节,而引用ccc还是1个字节的大小,因为在语法概念上引用就是一个别名，没有独立空间，和其引用实体共用同一块空间,编译器是跟语法走的。
⭐引用与指针的不同点
- 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
🌤️auto关键字
☁️类型别名
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
以前我们可能会用到typedef来给复杂的类型取别名.
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
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.
☁️auto简介
“auto” 关键字是C++11引入的，用于自动推导变量的类型。它可以根据变量的初始值来确定变量的类型，从而简化代码编写和类型声明的过程。
- 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。
- 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。
☁️auto使用细节
⭐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，但用auto声明引用类型时则必须加&
⭐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。
☁️auto不能推导的场景
⭐函数参数
由于函数参数的类型是在函数调用时确定的，编译器无法在编译时推导出参数的类型。
void foo(auto x); // 错误，auto 不能用于函数参数的类型声明
⭐模板参数
模板参数的类型是在实例化时确定的，编译器无法在编译时推导出模板参数的类型。
template <typename T>
void foo(auto x); // 错误，auto 不能用于模板参数的类型声明
⭐类成员变量
类成员变量的类型是在类定义时确定的，编译器无法在编译时推导出类成员变量的类型。
class MyClass {
auto x; // 错误，auto 不能用于类成员变量的类型声明
};
⭐静态变量
静态变量的类型是在编译时确定的，编译器无法在编译时推导出静态变量的类型。
static auto x = 10; // 错误，auto 不能用于静态变量的类型声明
☁️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C++11提供的新式for循环，还有lambda表达式等进行配合使用.
🌤️范围for
☁️语法
正常我们如果要遍历一个数组的话,会是下面这样的代码:
void TestFor()
{
int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++i)
array[i] *= 2;
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。
void TestFor()
{
int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
for(auto& e : array)
e *= 2;
for(auto e : array)
cout << e << " ";
return 0;
}
注意：与普通循环类似，可以用continue来结束本次循环，也可以用break来跳出整个循环。
☁️使用条件
⭐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,在函数参数中，使用数组作为参数时，会自动转换为指针类型。因此，int array[] 实际上是 int* array 的语法糖。
void TestFor(int array[])
{
for(auto& e : array)
cout<< e <<endl;
}
⭐迭代的对象要实现++和==的操作
关于迭代器,我会在以后的文章中,给大家详细讲解
🌤️指针空值(nullptr)
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。
☁️NULL
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
#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:
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
⭐指针空值
在 C 语言中，通常使用宏定义 NULL 来表示空指针。NULL 被定义为一个整数常量 0。在 C++ 中，也可以使用 NULL 来表示空指针，但更推荐使用更加类型安全的 nullptr。
int* ptr = NULL; // 使用 NULL 表示空指针
☁️nullptr
在 C++11 中引入了 nullptr 关键字，用于表示空指针。nullptr 是一个特殊的空指针常量，具有空指针类型。使用 nullptr 可以避免一些与整数常量 0 相关的问题，提供更好的类型安全性。
int* ptr = nullptr; // 使用 nullptr 表示空指针
☁️注意事项
-
nullptr可以隐式转换为任意指针类型，但不能隐式转换为整数类型。 -
nullptr和NULL是不同的。nullptr是一个空指针常量，而NULL是一个整数常量。 - 在 C++11 中，推荐使用
nullptr来表示空指针，以提供更好的类型安全性。 - 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。
- 在C++11中，sizeof(nullptr) 与 sizeof((void*)0)所占的字节数相同。
- 为了提高代码的健壮性，表示指针空值时建议最好使用nullptr。
🌤️全篇总结
本章我们详细的了解到了c++中的引用,还有作为关键字引入的auto和nullptr,以及一种新的for遍历方式.
☁️至此c++入门篇就已经算是结束啦,如果你搞明白这些,c++就已经算是入门啦!
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