【C++入门到精通】C++入门 —— 引用、内联函数

简介: 【C++入门到精通】C++入门 —— 引用、内联函数

前言


        前面我们讲了C语言的基础知识,也了解了一些数据结构,并且讲了有关C++的命名空间的一些知识点以及关于C++的缺省参数、函数重载,也相信大家都掌握的不错,接下来博主将会带领大家继续学习有关C++的知识点——引用 和 内联函数。下面话不多说坐稳扶好咱们要开车了。


一、引用


1.引用的概念


       在C++中,引用是一种用于简化变量操作的概念。通过引用,可以创建一个已存在变量的别名,用于在程序中对原变量进行操作,简单来说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。引用的使用方式是在变量声明时在其类型前加上&符号,例如:


int num = 10;
int& ref = num;// 引用声明和初始化

       在上面的例子中,ref 是对 num 的引用,它们指向同一个内存位置。因此,对 ref 的操作实际上是对 num 的操作,它们完全等价。


        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);
}

       🚨注意:引用类型必须和引用实体是同种类型的!!!


2.引用的特性


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

4.传递函数参数:通过引用传递函数参数,可以在函数内部修改原始变量的值,而无需进行拷贝。


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;
}


4.引用的使用场景


       ⭕做参数


void Swap(int& left, int& right)
{
    int temp = left;
    left = right;
    right = temp;
}


       ⭕做返回值


int& Count()
{
    static int n = 0;
    n++;
    // ...  代码块
    return n;
}

🚨注意:如果函数返回时,出了函数作用域,如果返回对象还在(还没还给系统),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。


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 <time.h>
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;
}


值和引用的作为返回值类型的性能比较


#include <time.h>
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.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;
}

我们来看下引用和指针的汇编代码对比


cf8ab77e99c0c7ac1d1c3477a89e80d5_2a427230acee4947b5f7fa0088f7e848.png


引用和指针的不同点


🔴引用概念上定义一个变量的别名,指针存储一个变量地址。

🔴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,但有NULL指针

🔴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)

🔴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,但是没有多级引用


🔴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

🔴引用比指针使用起来相对更安全


二、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。


ed29bd234ad3c025a87c45d25297e894_0ae4fe2e09d14d0fb31351bb36cc3871.png


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。


2.内联函数的特性


⭕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。


⭕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。


⭕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。


3.宏与内联函数


宏的优缺点


🔴优点:

       1.增强代码的复用性。


       2.提高性能。


🔴缺点:

       1.不方便调试宏。(因为预编译阶段进行了替换)


       2.导致代码可读性差,可维护性差,容易误用。


       3.没有类型安全的检查 。


在C++中代替宏的方法


1. 常量定义换用const enum


2. 短小函数定义换用内联函数


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