目录
- 1.引用
- 1.1引用概念
- 1.2引用特性
- 1.3常引用
- 1.4使用场景
- 1.5传值、传引用效率比较
- 1.5.2值和引用的作为返回值类型的性能比较
- 1.6引用和指针的区别
- 2.内联函数
- 2.1概念
- 2.2 特性
- 3.auto关键字(C++11)
- 3.1类型别名思考
- 3.2auto简介
- 3.3auto的使用细则
- 3.4auto不能推导的场景
- 4.基于范围的for循环(C++11)
- 4.1范围for的语法
- 4.2 范围for的使用条件
- 5.指针空值nullptr(C++11)
- 5.1C++98中的指针空值
1.引用
1.1引用概念
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(从语法上而言),它和它引用的变量共用同一块内存空间。
类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体;
void TestRef(){int a = 10;int& ra = a;//<====定义引用类型printf("%p\n", &a);printf("%p\n", &ra);}
注意:引用类型必须和引用实体是同种类型的
1.2引用特性
- 引用在定义时必须初始化
- 一个变量可以有多个引用
- 引用一旦引用一个实体,再不能引用其他实体
void TestRef(){int a = 10;// int& ra; // 该条语句编译时会出错int& ra = a;int& rra = a;printf("%p %p %p\n", &a, &ra, &rra);}
1.3常引用
void TestConstRef(){const int a = 10;//int& ra = a; // 该语句编译时会出错,a为常量const int& ra = a;// int& b = 10; // 该语句编译时会出错,b为常量const int& b = 10;double d = 12.34;//int& rd = d; // 该语句编译时会出错,类型不同const int& rd = d;}
1.4使用场景
- 做参数
void Swap(int& left, int& right){int temp = left;left = right;right = temp;}
- 做返回值
int& Count(){static int n = 0;n++;// ...return n;}
下面代码输出什么结果?为什么?
int& Add(int a, int b){int c = a + b;return c;}int main(){int& ret = Add(1, 2);Add(3, 4);cout << "Add(1, 2) is :"<< ret <<endl;return 0;}
注意:如果函数返回时,出了函数作用域,如果返回对象还在(还没还给系统),则可以使用引用返回,如果已经还给系统了,则必须使用传值返回.
1.5传值、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
#include struct A{ int a[10000]; };void TestFunc1(A a){}void TestFunc2(A& a){}void TestRefAndValue(){A a;// 以值作为函数参数size_t begin1 = clock();for (size_t i = 0; i < 10000; ++i)TestFunc1(a);size_t end1 = clock();// 以引用作为函数参数size_t begin2 = clock();for (size_t i = 0; i < 10000; ++i)TestFunc2(a);size_t end2 = clock();// 分别计算两个函数运行结束后的时间cout << "TestFunc1(A)-time:" << end1 - begin1 << endl;cout << "TestFunc2(A&)-time:" << end2 - begin2 << endl;}
1.5.2值和引用的作为返回值类型的性能比较
#include struct A{ int a[10000]; };A a;// 值返回A TestFunc1() { return a;}// 引用返回A& TestFunc2(){ return a;}void TestReturnByRefOrValue(){// 以值作为函数的返回值类型size_t begin1 = clock();for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)TestFunc1();size_t end1 = clock();// 以引用作为函数的返回值类型size_t begin2 = clock();for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)TestFunc2();size_t end2 = clock();// 计算两个函数运算完成之后的时间cout << "TestFunc1 time:" << end1 - begin1 << endl;cout << "TestFunc2 time:" << end2 - begin2 << endl;}
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.
1.6引用和指针的区别
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。
int main(){int a = 10;int& ra = a;cout<<"&a = "<<&a<<endl;cout<<"&ra = "<<&ra<<endl;return 0;}
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。
int main(){int a = 10;int& ra = a;ra = 20;int* pa = &a;*pa = 20;return 0;}
我们来看下引用和指针的汇编代码对比:
引用和指针的不同点:
- 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
2.内联函数
2.1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
如果在上述函数前增加inline关键字将其改成内联函数,在编译期间编译器会用函数体替换函数的调用。
查看方式:
10. 在release模式下,查看编译器生成的汇编代码中是否存在call Add
11. 在debug模式下,需要对编译器进行设置,否则不会展开(因为debug模式下,编译器默认不会对代码进行优化,以下给出vs2013的设置方式)
2.2 特性
- 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。
- 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,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。下图为《C++prime》第五版关于inline的建议
- 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。
// F.h#include 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 __cdeclf(int)" (" />),该符号在函数 _main 中被引用
宏的优缺点?
优点:
1.增强代码的复用性。
2.提高性能。
缺点:
1.不方便调试宏。(因为预编译阶段进行了替换)
2.导致代码可读性差,可维护性差,容易误用。
3.没有类型安全的检查 。
C++有哪些技术替代宏?
- 常量定义 换用const enum
- 短小函数定义 换用内联函数
3.auto关键字(C++11)
3.1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:
- 类型难于拼写
- 含义不明确导致容易出错
#include #include int main(){std::map<std::string, std::string> m{ { "apple", "苹果" }, { "orange","橙子" },{"pear","梨"} };std::map<std::string, std::string>::iterator it = m.begin();while (it != m.end()){//....}return 0;}
std::map::iterator 是一个类型,但是该类型太长了,特别容
易写错,所以可以通过typedef给类型取别名,比如:
#include #include typedef std::map<std::string, std::string> Map;int main(){Map m{ { "apple", "苹果" },{ "orange", "橙子" }, {"pear","梨"} };Map::iterator it = m.begin();while (it != m.end()){//....}return 0;}
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
typedef char* pstring;int main(){const pstring p1; // 编译成功还是失败?const pstring* p2; // 编译成功还是失败?return 0;}
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。
3.2auto简介
在早期C/C++中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,为什么?
C++11中,标准委员会赋予了auto全新的含义即: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
int TestAuto(){return 10;}int main(){int a = 10;auto b = a;auto c = 'a';auto d = TestAuto();cout << typeid(b).name() << endl;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;}
【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。
3.3auto的使用细则
- 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auto*没有任何区别,但用auto声明引用类型时则必须加&.
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;}
- 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。
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}
3.4auto不能推导的场景
- auto不能作为函数的参数
// 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){}
- 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以后会讲到的C++11提供的新式for循环,还有lambda表达式等进行配合使用。
4.基于范围的for循环(C++11)
4.1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:
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。
4.2 范围for的使用条件
- 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
void TestFor(int array[]){for(auto& e : array)cout<< e <<endl;}
- 迭代的对象要实现++和==的操作。
5.指针空值nullptr(C++11)
5.1C++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:
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:
#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:
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;}
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。
注意:
- 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,在后续表示指针空值时建议最好使用nullptr。