C++入门（二）
目录
6. 引用
6.1 引用概念
注意：引用类型必须和引用实体是同种类型的
6.2 引用特性
6.3 常引用
6.4使用场景
6.4.1做参数
6.4.2做返回值 （特殊场景下）
6.5传值，传引用效率比较
6.6 引用和指针的区别
7. 内联函数
7.2 特性
8. auto关键字(C++11)
8.1 auto简介
8.2 auto的使用细则
8.3 auto不能推导的场景
9. 基于范围的for循环(C++11)
9.1 范围for的语法
9.2 范围for的使用条件
10. 指针空值---nullptr(C++11)
6. 引用
6.1 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，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);} 
发现a和b的地址相同，且可以继续取别名
注意：引用类型必须和引用实体是同种类型的
6.2 引用特性
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
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); }权限放大
权限缩小
隐式类型转换
6.3 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; }6.4使用场景
6.4.1做参数
void Swap(int& left, int& right) { int temp = left; left = right; right = temp; }根据以上特性，引用在作参数过程中，引用能发挥哪些作用呢？
1.可以减少传参拷贝(引用作用)
2.可以保护形参不被修改，既可以接收变量,又可以接收常量(常量引用作用).
代码1：减少传参拷贝
struct node //某个结构体,假设他很大{ int val; struct node* next;};//某函数定义如下: 如果其参数设置为引用,将不需要通过函数传递方式中的值传递(拷贝),造成空间消耗巨大.void modify(struct node& node0) { //此处省略相关操作....}代码2：保护形参不被修改，既可以接收变量,又可以接收常量
int add(const int& a,const int& b){ return a-b; //比如加法函数,如果手误,码码错代码,修改了a或b的值,编译器会自动提示.}int main(){ int a = 10; int b = 20; cout<<"变量作为实参"<<add(a,b)<<endl; cout<<"常量作为实参"<<add(10,20)<<endl; //必须是常量引用,否则将无法接收实参. return 0;}6.4.2做返回值 （特殊场景下）
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; }返回随机值
但是为什么函数的返回值还能被接收呢？
这是因为系统会创建一个临时变量，函数返回值会赋给这个临时变量，同时这个临时变量又会赋给要赋给的变量；而这种临时变量具有常性，只能赋给了一个类型为const int 的临时变量，而ra作为int类型的引用，显然是无法接收这个具有常性的临时变量。
先看下列代码的返回值：12
下面函数可以用引用返回（c储存在静态区中，函数栈帧销毁，静态区不销毁）
引用的ret变量越界，但不报错->越界不一定报错
注意： 如果函数返回时，出了函数作用域，如果返回对象还未还给系统，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。
当引用作为函数返回值时,被引用的对象其作用域必须是有效范围,所以返回一个对局部变量的引用是不合法的,应该是返回值为全局变量或则static修饰的变量.
引用作为引用实体的别名，没有独立空间，与实体共用同一块空间，但是在底层实现上，引用和指针的实现方式是一样的（可以通过编译器反汇编观察到）。
6.5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; } 
6.5.1 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。
6.6 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; } 
引用和指针的不同点:(从使用的角度)
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
7. 内联函数
7.1 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，没有函数压栈的开销，内联函数提升程序运行的效率。
写一个Add的宏函数
典型的错误写法(不能带分号)
#define ADD(int x,int y)return x+y;标准写法
#define ADD (x,y) ((x)+(y))C语言为了小函数避免建立栈帧，提供宏函数支持，在预处理阶段展开。既然C语言解决了，为什么C++还要提供inline函数？（宏函数的缺点）（面试题考点）：
1.不支持调试
2.宏函数语法复杂，容易出错
3.没有类型安全的检查
宏的优点
1.增强代码的复用性
2.提高性能
C++有哪些技术代替宏？
1.常量定义，换用const
2.函数定义，换用内联函数
以下面代码为例
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：
1. 在 release 模式下，查看编译器生成的汇编代码中是否存在 call Add 2. 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 )
7.2 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。
// 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 __cdecl f(int)" (?f@@YAXH@Z)，该符号在函数 _main 中被引用8. auto关键字(C++11)
8.1 auto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，大家可思考下为什么？
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 。
8.2 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&
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; }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。
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}8.3 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void TestAuto(auto a){}2. auto不能直接用来声明数组
void TestAuto(){ int a[] = {1,2,3}; auto b[] = {4，5，6};}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。
9. 基于范围的for循环(C++11)
9.1 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。
9.2 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; }2. 迭代的对象要实现 ++ 和 == 的操作 。 ( 关于迭代器这个问题，以后会讲，现在大家了解一下就可以了 )
10. 指针空值---nullptr(C++11)
10.1 C++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：
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最好使用 nullptr 。