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目錄

一. 前言

二. 引用

2.1 引用的概念

2.2 引用的使用

2.3 引用的特性

2.4 常引用

2.5 引用的使用場景

2.6 傳值、傳引用效率比較

2.7 引用和指針的區別

?三. 內聯函數

3.1 內聯函數的概念

3.2 內聯函數的特性?

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一. 前言

? ? ? ? 上期說道，C++是在C的基礎之上，容納進去了面向對象編程思想，并增加了許多有用的庫，以及編程范式等。我們介紹了部分C++為了補充C語言語法上的不足而新增的內容，如命名空間，缺省參數，函數重載等等，上期傳送門【C++深入淺出】初識C++（上篇）http://t.csdn.cn/UjbIo? ? ? ? 本期將繼續介紹C++剩下的一些有趣的功能，如引用，內聯函數等等，這也是為了后面的類和對象打好基礎。?

? ? ? ? ? 話不多說，直接上菜！！！

二. 引用

2.1 引用的概念

????????引用并不是新定義一個變量，而是給已存在變量取了一個別名，編譯器不會為引用變量開辟內存空間，它和它引用的變量共用同一塊內存空間。

????????引用就相當于我們給別人起昵稱。例如你叫你女朋友小笨豬，那么對你而言，小笨豬就是你的女朋友，和叫名字是一個意思，既不是其他任何人，你也不會因此多一個女朋友

2.2 引用的使用

? ? ? ??類型& 引用變量名(對象名) = 引用實體

void Test()
{int a = 10;int& ra = a; //<====定義引用類型，此時ra就是變量a的別名，ra與a是同一塊內存空間printf("a的地址為%p\n", &a);printf("ra的地址為%p\n", &ra);
}int main()
{Test();return 0;
}

我們看到變量a和引用變量ra的地址是一樣的，說明它們共用同一塊內存空間。

?2.3 引用的特性

????????使用引用時需要注意以下幾點特性

? ? ? ? ?1、引用在定義時必須初始化

int main()
{int a = 10;int& b; //錯誤寫法，會報錯int& b=a; //正確寫法return 0;
}

? ? ? ? ?2、一個變量可以有多個引用

int main()
{int a = 10;//下面的b，c，d均是變量a的別名int& b = a;int& c = a;int& d = c;printf("%p %p %p %p\n", &a,&b,&c,&d);return 0;
}

?? ? ? ? ?3、引用一旦引用一個實體，就不能引用其他實體

int main()
{int a = 10;int& b = a; //b是a的別名int c = 20; //能不能將b改成c的別名呢？b = c; //不行，這條語句是將c的值賦給引用變量b，即修改變量a的值，并不是讓b引用cprintf("&a = %p &b = %p &c = %p\n", &a,&b,&c);printf("a = %d b = %d c = %d\n", a, b, c);return 0;
}

?? ? ? ? ?4、引用類型必須和引用實體是同種類型的

int main()
{int a = 10;double& b = a; //這種寫法會報錯return 0;
}

? ? ? ? 我們看到編譯器報錯說非常量限定，那如果我們加上const修飾呢？如下：

    const double& b = a;

? ? ? ? 我們驚訝地發現通過了編譯，說明上面不是因為int和double類型不一樣而報錯，那究竟是為什么呢？下面我們來分析分析

? ? ? ? ?實際上，由于引用實體和引用變量的類型不同，編譯器會自動進行隱式類型轉換。編譯器會生成一個double類型的臨時變量tmp，然后將a的內容以某種形式放到臨時變量tmp中，最后再讓b引用臨時變量tmp。

int main()
{int a = 10;const double& b = a;//類似于下面的步驟int a = 10;double tmp = a; //將a的值轉換賦給tmpconst double& b = tmp; //b再引用tmpreturn 0;
}

? ? ? ? ?由于臨時變量具有常屬性，因此tmp的類型就是const double，用double類型的引用變量引用const double類型的變量，這無疑是一種權限的放大，是不被允許的。就好比別人大門緊縮不然你進，你偏偏另辟蹊徑從窗戶翻入，這無疑是犯法的，私闖民宅。這就是為什么編譯器會報出非常量限定的錯誤的原因，引用變量d需要加上const修飾，權限的平移是被允許的。

? ? ? ? 最后，本來臨時變量tmp在當前語句結束后就會被銷毀，但此時被b所引用，其生命周期就自動被延長了。

? ? ? ? ?分析了這么多，下面我們用代碼來進行驗證一下：

int main()
{int a = 10;const double& b = a;printf("&a = %p , &b = %p\n", &a, &b); //求a，b空間的地址printf("修改前 a = %d , b = %.2lf\n", a, b);a = 20;//b = 30; //這句代碼會報錯，被const修飾的變量不可修改printf("修改后 a = %d , b = %.2lf\n", a, b);return 0;
}

我們發現a的地址和b的地址不同，這說明了b并不是變量a的引用，而是引用了新形成的臨時變量。并且，當我們對a進行修改時，b中的內容并沒有發生改變，這也印證了a和b不是同一塊內存空間。最后，當我們想要對b的內容進行修改時，編譯器會直接報錯，說明b所在的空間具有常屬性。

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2.4 常引用

? ? ? ? 被const關鍵字修飾的引用變量我們稱為常引用。我們無法通過常引用來修改引用實體的值，如下：

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{int a = 10;const int& b = a;//b++; //會報錯,b是常引用，無法修改a++; //a是普通變量，允許修改cout << "a = " << a <<' ' << "b = " << b;return 0;
}

? ? ? ? 前面我們提到了權限不能放大，也就是說：普通引用不能引用常屬性變量。但是，權限允許平移或者縮小，即常引用可以引用常屬性變量、常引用可以引用普通變量。如下：

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{int a = 10;const int& b = a; //權限的縮小，const引用引用普通變量，編譯正常const int aa = 10;const int& bb = aa;//權限的縮小，const引用引用const變量，編譯正常int& cc = aa;//權限的放大，普通引用引用const變量，報錯return 0;
}

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?2.5 引用的使用場景

? ? ? ? 引用的使用場景一般有兩個：做函數參數、做函數返回值。

? ? ? ? 1、引用作為函數參數

????????在C語言中，如果我們調用函數時使用傳值調用，那么形參的改變是不會影響實參的，形參是實參的臨時拷貝。如果我們想在函數中對實參進行修改，那就必須使用傳址調用，通過地址對實參的值進行修改。

? ? ? ? 而在C++中，新增了引用的語法，我們可以使用引用作為函數的形參，此時形參就是實參的一個別名，并不會額外開辟空間，形參和實參共同內存空間，修改形參也就是對實參進行修改。具體實現方式如下

#include<iostream>
using namespace std;
void ModifyFun(int& x) //引用作為函數參數
{x = 100;
}
int main()
{int a = 10;cout << "調用前" << a << endl;ModifyFun(a);cout << "調用后" << a << endl;
}

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#include<iostream>
using namespace std;
void Swap(int& x , int& y) //引用作為函數參數
{int tmp = x;x = y;y = tmp;
}
int main()
{int a = 10;int b = 20;cout << "交換前:" << "a = " << a << " b = " << b << endl;Swap(a, b);cout << "交換后:" << "a = " << a << " b = " << b << endl;
}

? ? ? ? 2、引用作為函數返回值

? ? ? ? 引用也可以作為函數的返回值，如下：

#include<iostream>
using namespace std;
int& Count()
{static int n = 0; //n是一個靜態變量，函數調用結束后不會銷毀cout << n << endl;;return n;
}
int main()
{int& k = Count();k++;Count();return 0;
}

在Count()函數通過引用返回n，此時main函數中的引用變量k就是n的別名，當我們在main函數中修改k，就相當于對靜態變量n做修改。

? ? ? ? 但是，如果以下情況使用引用返回會出現什么情況呢？?

int& Add(int a, int b)
{int c = a + b; //c是局部變量，Add調用結束后被銷毀return c;
}
int main()
{int& ret = Add(1, 2);Add(3, 4);cout << "Add(1, 2) is :" << ret << endl;return 0;
}

?很驚訝的發現，最終ret變量的值不是3而是7，為什么呢？

?這就要來談談上述代碼出現的野引用問題了。

我們通過下圖來進行分析?

?總結：函數返回時，如果出了函數作用域，返回對象還在(還沒銷毀還給系統)，則可以使用
引用返回；如果已經還給系統了，則必須使用傳值返回。

2.6 傳值、傳引用效率比較

? ? ? ? 在C/C++中，以值作為參數或者返回值類型，在傳參和返回期間，函數并不會直接傳遞實參或者將變量本身直接返回，而是傳遞實參或者返回變量的一份臨時拷貝，因此用值作為參數或者返回值類型，需要額外進行拷貝，效率是非常低下的，尤其是當參數或者返回值類型非常大時，效率就更低。

? ? ? ? 而如果以引用作為參數或者返回值類型，由于引用是作為變量的別名，并不會額外開辟空間形成拷貝。因此在傳參和返回期間，就相當于直接傳遞實參或將變量本身直接返回，效率大大提升。下面我們通過代碼來更直觀地看看二者的效率差距：

? ? ? ? 值和引用作為函數參數的效率差距

#include <time.h>
struct A { int a[10000]; };
void TestFunc1(A a)
{;
}
void TestFunc2(A& a)
{;
}
void TestRefAndValue()
{A a;// 以值作為函數參數size_t begin1 = clock(); //clock()函數返回程序運行到調用clock()函數所耗費的時間，單位是msfor (size_t i = 0; i < 100000; ++i)TestFunc1(a);size_t end1 = clock();// 以引用作為函數參數size_t begin2 = clock();for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)TestFunc2(a);size_t end2 = clock();// 分別計算兩個函數運行結束后的時間cout << "TestFunc1(A)-time:" << end1 - begin1 << endl;cout << "TestFunc2(A&)-time:" << end2 - begin2 << endl;
}
int main()
{TestRefAndValue();return 0;
}

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?? ? ? ? 值和引用作為返回值類型的效率差距

#include <time.h>
struct A 
{int a[10000]; 
}a;
// 值返回
A TestFunc1() 
{ return a; 
}
// 引用返回
A& TestFunc2() 
{ return a; 
}
void TestRefAndValue()
{// 以值作為函數的返回值類型size_t begin1 = clock();for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)TestFunc1();size_t end1 = clock();// 以引用作為函數的返回值類型size_t begin2 = clock();for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)TestFunc2();size_t end2 = clock();// 計算兩個函數運算完成之后的時間cout << "TestFunc1 time:" << end1 - begin1 << endl;cout << "TestFunc2 time:" << end2 - begin2 << endl;
}
int main()
{TestRefAndValue();return 0;
}

通過上述代碼的比較，我們發現傳值和引用在作為傳參以及返回值類型上效率相差很大。傳引用的效率遠高于傳值。因此能使用引用就盡量使用引用，提高效率。

2.7 引用和指針的區別

????????在語法概念上引用就是一個別名，沒有獨立空間，和其引用實體共用同一塊空間。

? ? ? ? 但在底層實現上實際是有空間的，因為引用是按照指針方式來實現的。這點我們可以參照二者編譯后生成的匯編代碼證明

int main()
{//引用int a = 10;int& ra = a;//指針ra = 20;int* pa = &a;*pa = 20;return 0;
}

可見，引用和指針的匯編代碼是一模一樣的，最后都是通過變量a的地址來修改a。

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不過，引用和指針還是有不同點的，如下：

1. 引用概念上定義一個變量的別名，指針存儲一個變量地址。
2. 引用在定義時必須初始化，指針沒有要求
3. 引用在初始化時引用一個實體后，就不能再引用其他實體，而指針可以在任何時候指向任何一個同類型實體
4. 引用必須初始化，故沒有NULL引用，但有NULL指針
5. sizeof的含義不同，sizeof（引用變量）的結果為引用實體的類型大小，而sizeof（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位平臺下占8個字節)
6. 引用自增即引用的實體增加1，指針自增即指針向后偏移一個類型的大小
7. 有多級指針，但是沒有多級引用
8. 訪問實體方式不同，指針需要顯式解引用，引用編譯器自己處理
9. 從安全性的角度，引用比指針使用起來相對更安全

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三. 內聯函數

3.1 內聯函數的概念

????????以inline關鍵字修飾的函數叫做內聯函數，編譯時C++編譯器會在調用內聯函數的地方展開，不會調用函數建立棧幀，因此內聯函數提升程序運行的效率。
? ? ? ? 我們可以通過匯編代碼來驗證加上inline的函數是否會被調用

? ? ? ? 沒加inline關鍵字:

int Add(int x, int y)
{return x + y;
}
int main()
{int ans = 0;ans = Add(1, 2);return 0;
}

?? ? ? ? ?加上inline關鍵字:

inline int Add(int x, int y)
{return x + y;
}
int main()
{int ans = 0;ans = Add(1, 2);return 0;
}

可以看到，內聯函數并不會生成對應的call指令，而是直接被替換到函數調用處，減少了調用函數建立棧幀的開銷。

?? ? ? ? ?注意事項：

? ? ? ? ??內聯函數的效果需要在release模式才會體現。因為在debug模式下編譯器默認不會對代碼進行優化，顧不會進行展開。當然我們也可以進行設置，方法如下（VS2022）：

1、找到當前項目屬性設置頁：

?2、設置調試信息格式：

??3、設置內聯函數擴展：

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3.2 內聯函數的特性?

主要有如下幾點特性：

1. inline是一種以空間換時間的做法，如果編譯器將函數當成內聯函數處理，在編譯階段，會用函數體替換函數調用。缺陷：可能會使目標文件變大；優勢：少了調用建立棧幀開銷，提高程序運行效率。
2. inline對于編譯器而言只是一個建議，不同編譯器關于inline實現機制可能不同，一般建
   議：將函數規模較小(即函數不是很長，具體沒有準確的說法，取決于編譯器內部實現)、不是遞歸、且頻繁調用的函數采用inline修飾，否則編譯器會忽略inline特性(編譯器也是很聰明的，可不要貪杯噢)。以下為《C++prime》第五版關于inline的描述：
3. inline不建議聲明和定義分離，分離會導致鏈接錯誤。因為inline被展開，符號表中就沒有函數地址了，鏈接就會找不到。

   // in.h
   #include <iostream>
   using namespace std;
   inline void f(int i);// in.cpp
   #include "in.h"
   void fun(int i)
   {cout << i << endl;
   }// main.cpp
   #include "in.h"
   int main()
   {fun(10);return 0;
   }

   

   報錯原因：由于in.h文件中只有函數的聲明沒有定義，顧在編譯階段main.cpp中的fun() 函數無法進行展開，只能在鏈接階段進行鏈接。但是由于in.cpp的fun()函數被聲明為內聯函數，fun()函數并不會進入符號表，最后就會導致鏈接時找不到函數地址，報錯。

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以上，就是本期的全部內容啦🌸

制作不易，能否點個贊再走呢🙏