《C++進階：引用補充、內聯函數與nullptr 核心用法》

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前言：上篇博客中，我們掌握了引用的小部分，這篇博客會接著把引用剩余的部分講解給大家，然后還會給大家認識內聯函數與nullptr的核心用法，掌握號這些知識，我們就可以進入類和對象的學習中去了

一.引用(補充)

const引用：

關鍵點：

舉例說明：

圖示如下：

指針和引用的關系：(面試考點)

二.inline內聯函數

關鍵點：

舉例說明：

三.nullptr

關鍵點：

舉例說明：

一.引用(補充)

const引用：

關鍵點：

可以引用?個const對象，但是必須用const引用。const引用也可以引用普通對象，因為對象的訪問權限在引用過程中可以縮小，但是不能放大。
需要注意的是，在一些場景下，比如類型轉換中會產生臨時對象存儲中間值，也就是說我下面的rb和rp引用的都是臨時對象，而C++規定臨時對象具有常性，所以這里就觸發了權限放大，必須要使用常引用才可以
所謂臨時對象就是編譯器需要?個空間暫存表達式的求值結果時臨時創建的?個未命名的對象，C++中把這個未命名對象叫做臨時對象。

舉例說明：

1.引用和指針的權限放大和縮小問題(放大不行，縮小可以)：

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{const int a = 0;//權限放大(不能)//int& b = a;int c = 0;//權限縮小（能）const int& d = c;return 0;
}

//權限的放大和縮小，只存在于const指針和const引用
//我們再來看看指針#include<iostream>
using namespace std;int main()
{const int a = 0;const int* p1 = &a;//int& p2 = p1;//這個也屬于權限的放大，得寫成下面這樣const int* p2 = p1;//但是權限縮小還是可以的int c = 0;int* p3 = &c;const int* p4 = p3;return 0;
}

2.const可以引用常量,作為函數參數時如果不是為了讓形參的改變可以影響實參,是可以const修飾引用的，這樣傳參的時候選擇更多：

#include<iostream>
using namespace std;int main()
{int i = 0;double d = i;//這個是可以通過編譯的，涉及隱式類型轉換，因為int和double本質上都是關于數據類型大小的。//像整型和指針就只能用強制類型轉換,如下int p = (int)&i;//但是我們再來看看引用里面的使用int j = 1;//double& rd = j;//不行const double& rd = j;//這個就可以了//為什么呢?--我們先不急再看一個例子//int& rp = (int)&j;//不行const int& rp = (int)&j;//可以//-------------------------具體原因分析(配合圖片)------------------------------------//這是因為在引用里面,轉換的過程中會產生一個臨時對象保存中間值。//所以實際上rb，rp引用的都是中間值，在C++里這個臨時對象是具有常性的(即被const修飾)//因此我們這里如果直接轉換的話，就會出現權限放大的錯誤，我們必須使用常引用(即const修飾)return 0;
}

圖示如下：

指針和引用的關系：(面試考點)

C++中指針和引用就像兩個性格迥異的親兄弟，指針是哥哥，引用是弟弟，在實踐中他們相輔相成，相得益彰。功能有重疊性，但是也有各自的特點，互相不可替代：

語法概念上引用是一個變量的取別名不開空間，指針是存儲?個變量地址，要開空間。(我們一般盡量取談語法層，底層只在一些特殊場景下用來輔助了解)
引用在定義時必須初始化，指針建議初始化，但是語法上不是必須的。
引用在初始化時引用?個對象后，就不能再引用其他對象；而指針可以在不斷地改變指向對象。
指針很容易出現空指針和野指針的問題，引用很少出現，引用使用起來相對更安全?些。
引用可以直接訪問指向對象，指針需要解引用才是訪問指向對象。
sizeof中含義不同，引用結果為引用類型的大小，但指針始終是地址空間所占字節個數(32位平臺下占4個字節，64位下是8byte)

二.inline內聯函數

關鍵點：

用inline修飾的函數叫做內聯函數，編譯時C++編譯器會在調用的地方展開內聯函數，這樣調用內聯函數就不需要建立棧幀了，可以提高效率。
inline對于編譯器而言只是一個建議，也就是說，你加了inline編譯器也可以選擇在調用的地方不展開，不同編譯器關于inline什么情況展開各不相同，因為C++標準沒有規定這個。inline適用于頻繁調用的短小函數，對于遞歸函數，代碼相對多?些的函數，加上inline也會被編譯器忽略。
C語言實現宏函數也會在預處理時替換展開，但是宏函數實現很復雜很容易出錯的，且不方便調試，C++設計了inline目的就是替代C的宏函數。
vs編譯器 debug版本下面默認是不展開inline的，這樣方便調試，debug版本想展開需要設置?下兩個地方(后面的舉例說明中會有)。
inline不建議聲明和定義分離到兩個文件，分離會導致鏈接錯誤。因為inline被展開，就沒有函數地址，鏈接時會出現報錯。

舉例說明：

先來看看之前C語言中宏函數里面的一些坑吧，以ADD函數為例：

錯誤一：

#define ADD(int x,int y) return x+y;

這個錯誤很離譜，我們要牢記宏是一種替換機制，這里直接寫成了一個函數，很明顯是錯誤的

錯誤二：

//宏是一種替換機制
//#define ADD(int x,int y) return x+y;
//錯誤寫法二：
//#define ADD(a,b) a+b;
//宏定義不要帶分號
//我們把分號去掉，但是還是有問題的
#define ADD(a,b) a+busing namespace std;int main()
{int ret1 = ADD(1, 2);//展開之后:int ret1 = 1 + 2;;,會出現兩個分號，這里還不會報錯，我們再來看看下面的//int ret2 = ADD(1, 2) * 3;//這里就出問題了//我們就算不帶分號，上面這個ret2最后的值也是錯的int ret2 = ADD(1, 2) * 3;//我們想要得到的是9，但是我們打印出來是7cout << ret2 << endl;//因為展開之后:1 + 2 * 3 = 7//這里的優先級被影響了return 0;
}

宏定義時，不要加分號，還需要加上（）來保持優先級

錯誤三：

#define ADD(a,b) (a+b)
#include<iostream>
using namespace std;int main()
{//這樣寫ret2打印出來的結果是我們想要的9int ret2 = ADD(1, 2) * 3;cout << ret2 << endl;//但是這種寫法還是存在一些問題的int x = 0, y = 1;ADD(x | y, x & y);//展開會變成:(x | y + x & y)//+號的優先級高于 |和& 所以這里相當于（x|(y+x)&y）return 0;
}

帶上了外面的括號，ret2的問題解決了。但是在一些場景下還是有問題

正確寫法：

//正確寫法:
#define ADD(a,b) ( (a) + (b) )
#include<iostream>
using namespace std;int main()
{//這樣寫ret2打印出來的結果是我們想要的9int ret2 = ADD(1, 2) * 3;cout << ret2 << '\n';//這種寫法也沒問題了int x = 0, y = 1;ADD(x | y, x & y);//展開會變成:( (x | y) + (x & y) ),符合我們的目的return 0;
}

💡Tips:

宏函數這么復雜，容易寫出問題，還不能調試。

那我們為什么還要用它呢，它的優勢在于什么呢？
優點:高頻調用小函數時，寫成宏函數，可以提高效率，預處理階段宏會替換，提高效率，不建立棧幀

我們在C++中使用inline內聯函數代替宏函數該怎么寫：

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

和函數的寫法差不多，但是是不一樣的。它編譯是直接展開的跟宏一樣,不會創建棧幀空間?

因為默認debug版本下，為了方便調試，inline也不展開。我們需要完成兩設置：

代碼：

#include<iostream>
using namespace std;//轉反匯編看，發現還是有call還是創建了棧幀，這是為什么
inline int ADD(int a, int b)
{return a + b;
}
//因為默認debug版本下，為了方便調試，inline也不展開。
//我們需要設置一下--這里大家可以自己測試看看，最號=好用低版本的vsint main()
{int ret2 = ADD(1, 2) * 3;cout << ret2 << '\n';//打印出來也是9，完全沒有問題return 0;
}

設置步驟：

右鍵單擊解決方案資源管理器中的項目，選擇“屬性”。
在彈出的屬性對話框中，找到“C/C++”選項卡，點擊“常規”。
在“調試信息格式”下拉菜單中，選擇“程序數據庫(/Zi)”。
接著點擊“C/C++”下的“優化”選項。
在“內聯函數的擴展”下拉菜單中，選擇“只適用于_inline(/Ob1)”。

inline只是一個建議，展開還是創建空間由編譯器說的算，遞歸和代碼多的函數可能就不會展開：

#include<iostream>
using namespace std;inline int ADD(int a, int b)
{a *= 2;a *= 2;a *= 2;a *= 2;a *= 2;a *= 2;a *= 2;a *= 2;a *= 2;a *= 2;//5個的時候還是可以展開的，10個就不行了return a + b;
}int main()
{int ret2 = ADD(1, 2) * 3;cout << ret2 << '\n';return 0;
}

圖示如下：

思考：為什么只是建議呢？

如果完全交給程序員，可能會出現代碼指令惡性膨脹的問題，導致可執行程序(安裝包)過大，這是特別不好的。所以編譯器會自己把握這個展開還是不展開，有其自己的邏輯和判斷。

inline不建議聲明和定義放離到兩個文件，分離會導致鏈接錯誤。因為inline被展開，就沒有函數地址，鏈接時會出錯：(注意看注釋)

拿順序表為例，我直接給正確改法了，然后它的.cpp文件和.h文件這里是截圖的

SeqList.h：(內聯函數直接在.h文件中實現就可以了)

SeqList.cpp：(在.cpp文件中不需要再實現內聯函數了，可以看出我這里注釋掉了)

test.cpp：

#include"SeqList.h"int main()
{SL s;//我實現用的引用所以不用傳地址SLInit(s); // call 地址return 0;
}

三.nullptr

NULL實際是?個宏，在傳統的C頭文件(stddef.h)中，可以看到如下代碼：

關鍵點：

C++中NULL可能被定義為字面常量0，或者C中被定義為無類型指針(void*)的常量。不論采取何種定義，在使用空值的指針時，都不可避免的會遇到?些麻煩，本想通過f(NULL)調?指針版本的f(int*)函數，但是由于NULL被定義成0，調用了f(int x)，因此與程序的初衷相悖。f((void*)NULL);調用會報錯。
C++11中引入nullptr，nullptr是?個特殊的關鍵字，nullptr是?種特殊類型的字面量，它可以轉換成任意其他類型的指針類型。使用nullptr定義空指針可以避免類型轉換的問題，因為nullptr只能被隱式地轉換為指針類型，而不能被轉換為整數類型。

舉例說明：

#include<iostream>
using namespace std;void f(int x)
{cout << "f(int x)" << endl;
}void f(int* ptr)
{cout << "f(int* ptr)" << endl;
}int main()
{f(0);f(NULL);//f((void*)0);--有個圖片//用上面的都會執行出來函數1，而不會是函數2f(nullptr);//但是用nullptr就很清晰了，可以很好處理這個問題int* p1 = NULL;char* p2 = NULL;//以后我們在C++里面置為空都這樣寫int* p3 = nullptr;char* p4 = nullptr;return 0;
}