【C++】内联函数&auto&范围for循环&nullptr

内联函数

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，没有函数调用建立栈帧的开销
内联函数提升程序运行的效率。

在C语言中，我们为了减少栈帧的开销，我们可以通过宏函数，没有栈帧消耗，在预处理的阶段就被替换了，就没有栈帧的消耗了

（比如频繁调用小函数的时候）

而在C++中，我们是通过inline内联函数解决这个问题的。为什么C++会将C语言的宏函数替换掉❓

那必然是C语言的宏函数存在着缺点：

• 不能进行调试，宏会直接被替换
• 函数参数不安全，没有类型安全检查
• 不可否认，宏太容易写错了

基于C语言的宏函数的缺点，C++有了内联函数：

这是最基本的内联函数。关于有没有展开的问题，我们可以来看一看汇编（Debug版本下）：

我们在这里可以看到内联函数通过寄存器建立了栈帧。不是说内联函数会展开吗，不建立函数的栈帧，这里为什么会建立❓

这是因为在Debug版本下内联函数是不会展开的（因为在Debug版本下我们可以进行调试）

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vs2019的设置方式) ：

点击属性：

此时我们在来看一看汇编：

我们可以看到Add()函数直接被展开了，就没有函数栈帧压栈的开销了。

2.特性

• 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。
• 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。
• 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。

对于第一点的空间是：编译出来的可执行程序

我们来看看第二个点，也就是说：有给inline就一点会展开吗❓

我们随便给两个内联函数，看看有什么区别：

inline int Add(int x, int y)
{
	return x + y;
}
inline int func(int x, int y)
{
	int ret = x + y;
	ret = x + y;
	ret = x / y;
	ret += x + y;
	ret = x + y;
	ret = x + y;
	ret = x + y;
	ret *= x + y;
	ret = x + y;
	ret = x + y;
	ret = x - y;
	ret = x + y;
	return ret;
}
int main()
{
	int ret = Add(1, 3);
	cout << ret << endl;
	ret = func(10, 20);
	cout << ret << endl;

	return 0;
}

下面我们来看一看两个内联函数的汇编代码

我们可以看到Add（）函数展开了

func()函数没有展开。

这里有一个问题❓为什么函数长了以后不展开——代码膨胀

编译好的指令影响的是可执行程序（安装包）的大小

对于第三点：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。我们可以来看一看：

运行之后：

报了一个链接错误。在链接的时候，会通过符号表（里面会有地址），而加上了内联，因为inline被展开，就没有函数地址了，链接就会找不到。

所以对于内联函数来说，声明和定义不需要分离。直接去.h文件进行定义就行了。

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auto关键字(C++11)

1.auto的简单介绍

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。

这里需要去注意一个地方：

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

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;
	return 0;
}

2.auto使用规则

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**&**

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
}

int main()
{
	TestAuto();
	return 0;
}

3 auto不能推导的场景

1. auto不能作为函数的参数

编译函数需要开辟栈帧，而auto不能确定开辟多少

// 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C++11提供的新式for循环，还有lambda表达式等进行配合使用。

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基于范围的for循环(C++11)

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。

如果要改变里面的值，就需要用到引用👇

void TestFor()
{
    int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
    for(auto& e : array)
        e *= 2;
    for(auto e : array)
        cout << e << " ";
}

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。==

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。

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指针空值nullptr(C++11)

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;
}

这里前面两个居然都打印出了第一个。

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：

在使用nullptr表示指针空值时，不需要包含头文件，因为nullptr是++11作为新关键字引入的。

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

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。

void f(int)
{
	cout << "f(int)" << endl;
}
void f(int*)
{
	cout << "f(int*)" << endl;
}
int main()
{
	f(0);
	f(NULL);
	f(nullptr);
	return 0;
}

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