【C++入门：C++世界的奇幻之旅】(中)：https://developer.aliyun.com/article/1425350

9.6 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。

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;
  // 语法，ra没有开空间
  int& ra = a;
  ra = 20;
  // 语法，pa开了空间
  int* pa = &a;
  *pa = 20;
  return 0;
}

这里可以验证引用就是变量的别名，没有开空间，语法上这里引用只占一个字节。我们来看下引用和指针的汇编代码对比：

现象：底层上引用和指针的汇编代码一样，引用是按照指针方式来实现的。

引用和指针的不同点:

1. 引用概念上定义一个变量的别名，指针存储一个变量地址。

2. 引用在定义时必须初始化，指针没有要求

3. 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

4. 没有NULL引用，但有NULL指针

5. 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)

6. 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

7. 有多级指针，但是没有多级引用

8. 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

9. 引用比指针使用起来相对更安全

10. 内联函数

10.1 概念

稍微介绍一下宏：

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 。

C++有哪些技术替代宏？

• 1. 常量定义换用const enum
• 2. 短小函数定义换用内联函数

所以C++出现内联函数，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。

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)

这里就直接展开了，没有call去函数内部。

10.2 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。下图为 《C++prime》第五版关于inline的建议：

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 <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;
}
// 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

11. auto关键字(C++11)

11.1 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();
    //typeid ->输出变量的类型
  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;
}

运行结果：

【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。

11.2 类型别名思考

随着程序越来越复杂，程序中用到的类型也越来越复杂，经常体现在：

• 1. 类型难于拼写
• 2. 含义不明确导致容易出错

#include <string>
#include <map>
int main()
{
  std::map<std::string, std::string> m{ { "apple", "苹果" }, { "orange",
   "橙子" },
    {"pear","梨"} };
  std::map<std::string, std::string>::iterator it = m.begin();
  while (it != m.end())
  {
    //....
  }
  return 0;
}

std::map::iterator 是一个类型，但是该类型太长了，特别容 易写错。聪明的同学可能已经想到：可以通过typedef给类型取别名，比如：

#include <string>
#include <map>
typedef std::map<std::string, std::string> Map;
int main()
{
  Map m{ { "apple", "苹果" },{ "orange", "橙子" }, {"pear","梨"} };
  Map::iterator it = m.begin();
  while (it != m.end())
  {
    //....
  }
  return 0;
}

使用typedef给类型取别名确实可以简化代码，但是typedef有会遇到新的难题：

在编程时，常常需要把表达式的值赋值给变量，这就要求在声明变量的时候清楚地知道表达式的 类型。然而有时候要做到这点并非那么容易，因此C++11给auto赋予了新的含义。

11.3 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&

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。

11.4 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

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。

12. 基于范围的for循环(C++11)

12.1 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 };
  // 依次取数组中的数赋给e
  // 自动判断结束，自动++往后走
  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。

12.2 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。

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，现在提一下，没办法 讲清楚，现在大家了解一下就可以了)

13. 指针空值nullptr(C++11)

13.1 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;
}

运行结果：

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。