C++类与对象深入之引用与内联函数与auto关键字及for循环详解

一：引用

1.1：概念

引用不是定义一个新的变量，而是给已经存在的变量取一个别名。注意：编译器不会给引用变量开辟内存空间，他和他的引用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。

1.2：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，也就不能引用其他实体

通俗的讲就是：我们取外号，肯定是对一个对象取外号，不可能是这空气取外号，而且也可以给同一个人取多个外号，但是同一个外号我们就不要给多个人取了，那样就乱套了，就不知道叫的是谁了。

1.3：常引用

原则：对原引用变量，权限只能缩小，不能放大。

int main(){
		const int x = 20;
		//int& y = x;       // 放大
		const int& y = x;   // 不变
		int c = 30;
		const int& d = c;  // 缩小
		//cout << d << endl;
	system("pause");
	return 0;
}

对常变量取别名时，要加const；

const int & b = 10;

注意：当引用类型和引用实体不是同一类型时，如：

double a = 3.14;
//int &ra = a; //该编译语句会报错，因为类型不同
const int & ra = a;
//加上const就可以了。

我们可以这么理解，当浮点型转换整型数据时，其中我们在C语言学过会发生隐式类型转换，在转换的时候会产生一个临时变量，这个临时变量具有常性，不可以被修改，如果不加const，那么权限被放大，所以需要加上const保证他的权限不变。

其实现在ra的地址已经不再是原变量a的地址了，是其中临时变量的地址。

1.4：使用场景

做参数：

void Swap(int& x, int& y)
{
	int tmp = x;
	x = y;
	y = tmp;
}
void Swap(double& x, double& y)
{
	double tmp = x;
	x = y;
	y = tmp;
}

做返回值 下面我们先看两个代码

int & Add(int a, int b){
	static int c = a + b;
	return c;
}
int main(){
	int & ret = Add(1, 2);
	Add(3, 4);
	cout << "Add(1, 2) is :" << ret << endl;
	system("pause");
	return 0;
}

Add(1, 2) is :3
//请按任意键继续. . . 

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;
	system("pause");
	return 0;
}

Add(1, 2) is :7
//请按任意键继续. . .

都一个结果是3，第二个结果是7，为什么会这样呢？

我们知道在函数返回值时实际是产生一个临时变量，若传值返回，那么实际是发生了拷贝，若引用返回，那么其实是给这个临时变量取了别名，返回了这个临时变量的别名。 对于静态变量c的作用域不变，但是生命周期变长，在Add函数返回时，出了作用域，返还对象并没有还给系统，所以此时ret一直是第一次调用Add函数时产生的临时变量的别名，所以ret的结果是3。

1.5：引用和指针的区别

在语法概念上，引用就是一个别名，没有开辟独立的空间存储，和其引用实体共用同一块实体。

int main(){
	int a = 10;
	int & ra = a;
	cout << "&a = " << &a << endl;
	cout << "&ra = " << &ra << endl;
	system("pause");
	return 0;
}

&a = 0137F8D8
&ra = 0137F8D8
请按任意键继续. . .

由代码结果可看是同一块地址。

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。

引用和指针的不同点：

• 引用在定义时必须初始化，指针没有要求。
• 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。
• 没有NULL引用，但是有NULL指针。
• 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。
• 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。
• 有多级指针，但没有多级引用。
• 访问实体不同，指针需要显式解引用，引用编译器自己处理。
• 引用比指针使用起来更加安全。

二：内联函数

2.1：概念

以inline修饰的函数叫做内联函数，用于解决C语言中宏函数难懂易错的缺陷。在编译时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。

如果在上述函数前增加inline关键字，将其改成内联函数，那么在编译期间编译器会用函数体（展开）替换函数的调用。

查看方式：

在Release模式下，查看编译器生成的汇编代码中是否有call Add

在Debug模式下，需要对编译器进行设置，否则也不会展开。

如VS2013版本设置：

右击项目名称——>属性：

2.2：特性

• inline是一种以空间换取时间的做法，利用直接展开函数省去调用函数的开销。所以对于代码很长或者有循环/递归的函数不方便使用作为内联函数。
• inline对于编译器而言只是一个建议，编译器会自动优化，如果定义的inline的函数体内有循环/递归等，编译器优化时会忽略掉内联。
• inline不建议声明和定义分开，分开会导致链接错误，因为inline被展开，就没有函数地址了，如果分开了，链接的时候就找不到了。

2.3：面试题

宏的优点？

• 增强代码的复用性
• 提高性能

缺点：

• 不方便调试，因为编译阶段进行了宏替换。
• 导致代码可读性差，可维护性差，容易误用。
• 没有类型安全检查。

C++哪些技术可以替代宏？

• 常量定义，换用const。
• 函数定义，换用内联函数。

三：auto关键字

3.1：auto简介

我们在学习C语言的时候就见过auto，当时认为使用auto修饰的变量是具有自动存储器的局部变量，但我们几乎没有使用。

在C++11中，标准委员会赋予了auto全新的含义：auto不再是一个存储类型标识符，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()
{
	const 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;
}

这里我们看打印的结果是：

int const *
char
int
请按任意键继续. . .

可见auto关键字可以自动识别变量的类型。这里**typeid(b).name()**可返回变量类型的字符串。

【注意】：使用auto关键字定义变量时，必须对其初始化，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，而是一种类型声明时的占位符，编译器在编译期间会将auto替换为变量实际类型。

3.2：auto使用细则

auto与指针和引用结合使用

用auto声明指针类型时，用auto和auto*没有任何区别，但是用auto声明引用类型时则必须加&。

int main()
{
	int x = 10, y = 20;
	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;
	system("pause");
	return 0;
}

int *
int *
int
请按任意键继续. . .

看这里a和b的类型都是int * ，所以用auto声明指针类型时，用auto和auto*没有任何区别。

在同一行定义多个变量当在同一行声明多个变量的时候，这些变量必须是同一类型的，否则编译器会出错，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。

注意看d下面编译器报错了，因为c和d的初始化表达式类型不同。

3.3：auto不能推导的场景

1：auto不可以作为函数形参

因为在形参处使用auto，编译器无法对a的实际类型进行推导。

2：auto不可以用来声明数组。

四：基于范围的for循环

4.1：范围for循环的语法

对于一个有范围的集合而言，在C++98中由程序员来说明循环的范围是多余的，有时候还容易犯错。因此在C++11中引入基于范围的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，第二部分则是表示被迭代的范围。

int main(){
	int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};
	for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(int); ++i){
		array[i] *= 2;
	}
	for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(int); ++i){
		cout << array[i] << " ";
	}
	cout << endl;
	// 范围for
	// 依次自动取array中的数据，赋值给e，自动判断结束
	for (auto& e : array){
		e /= 2;
	}
	for (auto x : array){
		cout << x << " ";
	}
	cout << endl;
	system("pause");
	return 0;
}

2 4 6 8 10 12 14 16 18
1 2 3 4 5 6 7 8 9
请按任意键继续. . .

对于语句auto x : array意思是依次自动取array中的数据，赋值给e，所以相当于e是array中的拷贝，既然是拷贝，也就不能对array中的数据产生影响。对要改变array中数据，需要利用引用，正如代码中auto& e : array。

4.2：范围for循环的使用条件

for循环迭代的范围必须是确定的。

下面给出一个错误代码示例：

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

因为我们知道，函数传参，形参相对于实参发生降维，形参array是一个整型指针，所以这里for循环的迭代范围是不确定的。

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