C++入门基础知识（二）

一：引用

概念：是给一个已经存在的变量取一个别名，编译器不会为引用变量开辟内存空间，它和引用的变量公用一块内存空间。

例如：

　　类型& 引用变量名（对象名）= 引用实体

　　int& a = b;

引用类型必须和引用实体是同种类型的。

特性：

　　1. 引用在定义时必须初始化

　　2. 一个变量可以有多个引用

　　3. 引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体

引用适用场景：

　　1.做参数　　void Swap(int& left, int& right)

　　2.做返回值　　int& TestRefReturn(int& a) { return a;}

注意：如果函数返回时，离开函数作用域后，其栈上空间已经还给系统，因此不能用栈上的空间作为引用类型 返回。如果以引用类型返回，返回值的生命周期必须不受函数的限制(即比函数生命周期长)。

引用与指针的区别：

　　1.语法上：

　　　　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。

　　2.底层实现上:

　　　　引用实际是有空间的，因为引用是按照指针方式来实现的。

引用和指针的不同点:

　　1. 引用在定义时必须初始化，指针没有要求

　　2. 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

　　3. 没有NULL引用，但有NULL指针

　　4. 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)

　　5. 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

　　6. 有多级指针，但是没有多级引用

　　7. 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

　　8. 引用比指针使用起来相对更安全。

二：内联函数

　　在学习C语言的时候，我们已经学习过了宏函数，但是宏函数的缺点太多，而在C++中，引用了内联函数来解决这个问题。

学习前先回顾一下宏函数的实现与优缺点：

实现比较大小的宏函数：　　#define MAX(a, b) ((a) > (b) ? (a) : (b))

实现加和运算的宏函数：　　#define ADD(a, b) ((a) + (b))

优点：

1. 提高了程序的可读性，同时也方便进行修改；

2. 提高程序的运行效率：使用带参的宏定义既可完成函数调用的功能，又能避免函数的出栈与入栈操作，减少系统开销，提高运行效率；

3. 宏是由预处理器处理的，通过字符串操作可以完成很多编译器无法实现的功能。比如##连接符。

缺点：

1. 由于是直接嵌入的，所以代码可能相对多一点；不方便调试宏。（因为预编译阶段进行了替换）

2. 嵌套定义过多可能会影响程序的可读性，可维护性差，容易误用。

3. 没有类型安全的检查 ，对带参的宏而言，由于是直接替换，并不会检查参数是否合法，存在安全隐患。

   补充：预编译语句仅仅是简单的值代替，缺乏类型的检测机制。这样预处理语句就不能享受C++严格的类型检查的好处，从而可能成为引发一系列错误的隐患。

宏函数带来的是大大小小的坑，少一个括号，就有可能进入运算符优先顺序问题的坑，但C++中使用了内联函数要比宏函数好太多

　　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，没有函数压栈的开销， 内联函数提升程序运行的效率

特性：　

　　1. inline是一种以空间换时间的做法，省去调用函数额开销。所以代码很长或者有循环/递归的函数不适宜使 用作为内联函数。

　　2. inline对于编译器而言只是一个建议，编译器会自动优化，如果定义为inline的函数体内有循环/递归等 等，编译器优化时会忽略掉内联。

　　3. 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

 三：auto关键字：

　　在早期的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。

　　c++11中新的含义是：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。

注意：在使用auto的关键字来定义变量的时候要对其进行初始化，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替换为量实际的类型。

　　auto的使用细则：

　　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，但用auto声明引用类型时则必须加&

 #include<iostream>
 using namespace std;

 int main()
 {
     int x = ;
     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 = ;
     *b = ;
     c = ;

     return ;
 }

　　2.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 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.auto不能推导的场景

　　　　1.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 
2 // void TestAuto(auto a) {}

　　　　2.auto不能直接用来声明数组

 void TestAuto() {    
     int a[] = {,,};    
     auto b[] = {，，};
 }//这里auto会报错

　　　　3. 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

　　　　4. auto在实际中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。

　　　　5. auto不能定义类的非静态成员变量

　　　　6. 实例化模板时不能使用auto作为模板参数

四：范围for循环

　　对于一个有范围的循环如果由程序员自己来说明范围不仅比较麻烦，而且还会出错，在C++11中引入了基于范围的for循环，for循环后面额括号由冒号“：”分割为两部分：第一部分式范围

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[] = { , , , ,  };
     for (auto e : array)
     {
         e *= ;
         printf("%d", e);
     }

     for (auto e : array)
         cout << e << " ";

     return;
 }

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。

 void TestFor(int array[])
 {
     for (auto& e : array)    //这里没有合适的begin函数，所以会报错
         cout << e << endl;
 }

　　2. 迭代的对象要实现++和==的操作。

五：指针控制

　　在C语言中，我们习惯于使用NULL来给指针初始化，NULL实际上是一个宏，被定义为字面值常量0，或被定义为一个无类型指针（void*）的常量。我们的本意是想通过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。

　　为了考虑兼容性，C++11并没有消除常量0的二义性，C++11给出了全新的nullptr表示空值指针。C++11为什么 不在NULL的基础上进行扩展，这是因为NULL以前就是一个宏，而且不同的编译器厂商对于NULL的实现可能 不太相同，而且直接扩展NULL，可能会影响以前旧的程序。因此：为了避免混淆，C++11提供了nullptr， 即：nullptr代表一个指针空值常量。nullptr是有类型的，其类型为nullptr_t，仅仅可以被隐式转化为指针类 型，nullptr_t被定义在头文件中：typedef decltype(nullptr) nullptr_t;

　　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作为新关键字引入的。

　　　　2. 在C++11中，sizeof(nullptr) 与 sizeof((void*)0)所占的字节数相同。

　　　　3. 为了提高代码的健壮性，在后续表示指针空值时建议好使用nullptr。