C到C++的敲门砖-2

本文主要是介绍C到C++的敲门砖-2，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

引用

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。

所谓引用就是给变量起别名，在语法上来说是不会开辟变量的。
例如：

int main()
{int a=0;int&ra=a;a=5;cout<<a<<endl;cout<<ra<<endl<<endl;ra=10;cout<<a<<endl;cout<<ra<<endl;	
}

如上，即为代码的运行结果。可以看到我们改变了a的值，ra也跟着改变。改变了ra的值，a也跟着改变。这个ra就类似于c语言的指针，但此处不同在于不需要解引用。
此外，引用还有以下特性：

• 引用在定义时必须初始化
  这是很好理解的，如果不初始化就很容易有歧义：

int a=0;
int b=0;
int&ra;
ra=a;
ra=b;

如上，我们便没有对ra进行初始化，那么下面ra=a和ra=b，这到底是说ra是a的别名还是b的别名呢？所以，为了避免这样的歧义存在，引用在定义时必须初始化。

• 引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体。原因还是为了避免歧义。这也是和指针不同的一点，这也导致有些场景只能用指针而不能用引用来解决
• 一个变量可以有多个引用。
  一个人可以有多个别名，那么变量当然也可以有多个别名。

除了上面的特性外，使用引用还有以下需要注意的点：

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;}

上面我们了解了引用的定义，那么c++多出这么个概念又有什么作用呢？
别急，下面我们就来谈谈引用的使用场景：

1. 做参数

void Swap(int& left, int& right){int temp = left;left = right;right = temp;}int main(){int a=10,b=5;Swap(a,b);}

如上代码，我们以往使用c语言时传参就必须是穿址调用才能交换a，b的值。现在可以引用调用，只传a，b的值就能实现Swap。
这样做的一大好处就是增加了代码的可读性，不用时不时传一个指针、二级指针，不仅不好理解，传参的时候也麻烦。此外，由于引用实际上是给变量取别名，所以left和right实际上就是a和b，换句话说这两个变量不需要压栈，这就减少了空间开销。
不过话又说回来，引用的底层实际上还是用指针来实现的。

2. 做返回值

int& Count(){static int n = 0;n++;// ...return n;}

这里的返回值是n的一个引用，我们就可以通过改变返回值来改变n的值。但是正如指针会有野指针，引用也有野引用。引用做返回值的时候，需要注意返回的对象没被销毁。因此只有堆、静态区、全局变量才能返回引用。

学习了引用，细心的读者也可以发现这简直和指针太像了，一股子指针味。这下谁还分得清什么是指针，什么是引用啊！无妨，接下来我们谈谈引用和指针的区别：

1. 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。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。
2. 引用在定义时必须初始化，指针没有要求
3. 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
4. 没有NULL引用，但有NULL指针
5. 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)
6. 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
7. 有多级指针，但是没有多级引用(给引用再引用，实际上也只是给原变量取多一个别名而已。)
8. 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
9. 引用比指针使用起来相对更安全

阅读上面的指针和引用的区别，我们也了解到了引用的一些不足之处，但是总体来说，相较于指针，引用还是更方便的。

内联函数

学习内联函数前，我们要知道编译器调用函数时要进行申请栈帧、压栈、弹栈等操作的。
如果一段较为简短的代码在程序里反复调用，那么上述过程产生的开销就很大。因此在c++中专门用一个关键字inline修饰内敛函数，来达到类似宏定义函数的效果，从而解决上述问题。
如下：

inline int Add(int a=0,int b=0)
{return a+b;
}
int main()
{Add();Add();Add();Add();Add();Add();Add();Add();Add();return 0;
}

如上函数，如果不加上inline修饰，那么Add调用消耗栈帧就比较大。现在用inline修饰后，Add这个函数会进行代码块展开，这用就不用进行开辟栈帧、压栈、弹栈等操作。
inline的特性：

• 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。
• 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。

auto关键字

随着程序逐渐复杂，变量类型也逐渐复杂。就算是一个简单的函数int Add(int ,int )，其函数指针的类型为int (*)(int ,int )，这也是比较复杂的。虽然可以通过typedef来进行一定程度的改善，但是就算是使用typedef也是比较繁琐的。
为了解决上述的问题，c++使用auto关键字来自动识别变量类型。
如下：

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;return  0;}

上面代码的b，c，d都用了auto来自动识别类型，其中b为int，c为char，d为int。是不是感觉方便了不少呢？
需要注意的是，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。
auto的使用场景：

• 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&。（当然auto*声明的变量必须是指针类型，而auto声明的变量类型既可以是指针类型，也可以不是指针类型）
• 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
}

auto不能使用的场景：

• auto不能作为函数的参数
• auto不能直接用来声明数组

void TestAuto(){int a[] = {1,2,3};auto b[] = {4，5，6};//不可行}

基于范围的for循环

范围for循环：
一个已知范围的数组可以用如下的遍历方式：

int main()
{int arr[]={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};for(int i=0;i<sizeof(arr)/sizeof(int);i++)arr[i]++;return 0;
}

对于一个已知范围的数组，需要遍历其元素时用上述方式显得繁琐，而且还是错误的风险。
在c++中，我们就可以使用下面的方式来遍历数组元素：

void TestFor(){int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };for(auto& e : array)e *= 2;for(auto e : array)cout << e << " ";return;}

就这样，我们使用了一种较为简洁的方式来遍历有范围的数组。
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。

void TestFor(int array[]){for(auto& e : array)cout<< e <<endl;}

上述代码就是一个典型的使用错误，因为函数压栈时是绝对不会传数组的，这样的空间开销太大。所以这里的array是一个指针，因此array的范围并不明确。

• 迭代的对象要实现++和==的操作。

指针空值nullptr

在C语言中我们常用NULL来赋值空指针，但实际上NULL是一个宏定义的值，本质是int 0.
前面我们学习了函数重载，由此就引出了一个问题。

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

上述代码的理想的输出结果为：
int
int*
但实际的输出结果为：

也就是我们的NULL被识别成了int类型，这和我们的本意显然是冲突的。
由此，c++引入了指针空值nullptr。
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。

后记

以上就是大致的C和C++的一些用法上的不同，显然C++的各种语法改良了C语言很多不足的地方，这也为我们叩响了C++的敲门砖。就借着此处的优势继续向着C++的更深处进发吧。

这篇关于C到C++的敲门砖-2的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！

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