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【C++那些事儿】内联函数，auto，以及C++中的空指针nullptr

【C++那些事儿】内联函数，auto，以及C++中的空指针nullptr-LMLPHP

一.内联函数

1.内联函数的概念

  • 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，没有函数调用建立栈帧的开销，内联函数提升程序运行的效率。
  • 下面我们来对比一下内联函数和没有使用内联函数在底层的区别
  • 没有使用内联的函数
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  • 由图我们可以看出，对于普通函数的调用来说，是通过call对应函数的地址，然后建立临时的栈空间来执行的

【C++那些事儿】内联函数，auto，以及C++中的空指针nullptr-LMLPHP

  • 对于内联函数来说，在编译期间编译器会用函数体替换函数的调用，无需建立函数栈帧
  • 通过上面的对比，我们就可以得出内联函数的特性了

2.内联函数的特性

  • 1. 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。
  • 2. 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
  • 下面我来对第二点的特性做出一些解释：
  • 对于编译器来说，当你把一个函数定义为内联函数时，只是相当于给了它一个建议，实不实现取决于编译器，内联函数本质上是空间换空间的，当某个函数很大时，这样的作法反而是吃力不讨好的，比如这里有一个函数有100行代码，现在需要调用它10000次，对于非内联的函数来说，它只需要执行（100+10000）次即可完成，而对于内联函数来说，你每次函数的调用都会直接展开，这时就会执行（100*10000）次了，此时谁的效率高不言而喻。
  • 而有关是内联函数还是非内联函数的效率高在调用次数较高的时候我们程序猿是很难确定的，此时编译器为了防止我们乱搞就说：“那我来确定这里到底需不需要使用内联吧！”，因此，我们的inline对于编译器只是一个建议，而不是实现！！

3.使用时需要注意的点

  • 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
  • 下面来举一个例子
// F.h
#include <iostream>
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;
}
  • 在项目的开发和我们日常学习中，函数的声明和定义在不同文件中是很正常的，上面这段代码就模拟了一下在不同文件中使用内联函数声明和定义分离时的情景
  • 结果如何呢？
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  • 当main函数中调用f函数时，f是内联函数在不同的文件中被展开了没有函数地址，因此在链接时自然会报链接错误了。

二.auto关键字

  • 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。
  • 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;
}

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  • 【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。

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;
}
  1. 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};
}
  1. 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
  2. auto在实际中最常见的优势用法就是跟C++11提供的新式for循环配合使用，还有
    lambda表达式等进行配合使用。
  • 由于我们学的还太浅了，就只是简单带大家了解一下，之后还会有更加具体的讲解

基于范围的for循环(C++11)

  • 在C语言中，我们学过类似于这样的for循环
void TestFor()
{
int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++i)
array[i] *= 2;
}
  • 对于一个有范围的集合而言，由我们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 << " ";
}
  • 和普通的for循环一样，continue可以用来结束本次循环，也可以用break来跳出循环。

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

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注意：以上代码就有问题，因为for的范围不确定
2. 迭代的对象要实现++和==的操作。（这是有关迭代器的问题，我们之后讲到迭代器再说）

指针空值nullptr(C++11)

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;
// ……
}
  • 但是在C++中，NULL实际上是一个宏，在传统的C头文件（stddef.h）中，可以看到有如下代码：
#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;
}

【C++那些事儿】内联函数，auto，以及C++中的空指针nullptr-LMLPHP

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

总结

  • 好啦，我们今天的内容就先到这里啦！今天讲了内联函数和auto以及C++中的nullptr的使用方法和重难点，希望能对你的C++学习有所帮助

  • 有任何的问题和对文章内容的疑惑欢迎在评论区中提出，当然也可以私信我，我会在第一时间回复的！！

【C++那些事儿】内联函数，auto，以及C++中的空指针nullptr-LMLPHP

10-28 06:30
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