[C++知识库]C++入门·收尾

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写在前面

前面讲到的函数重载和引用是C++入门部分的重点，校招时也很重要，所以大家要牢牢掌握哦，今天的内容就简单多了，加油吧少年们。

内联函数

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直接展开，没有函数压栈的开销，内联函数提升程序运行的效率。

int Add(int left, int right)
{
	return left + right;
}

int main()
{
	int ret = 0;
	ret = Add(1, 2);

	return 0;
}

上面的Add函数是普通函数，调用时会建立栈帧，压栈等一系列操作，如果频繁调用Add函数，效率上会有一定的损失。
那C语言是如何解决频繁调用像Add这种短小函数导致效率损失的问题呢？在讲解函数重载那节时，编译的预处理过程会发生头文件展开、宏替换、删除注释、条件编译这四个过程，所以这里的答案是定义宏函数，比如：

#define ADD(x, y) ((x) + (y))

C语言是定义宏函数，那C++是如何做的呢？C++是在Add函数前增加 inline 关键字，将其改为内联函数，这样的话在编译期间编译器会用函数体替换函数的调用（在调用内联函数处函数体直接展开）。

可能老铁会有一个疑惑，为什么C语言都有了宏函数这样的方法，C++还要大费周折去搞一个inline呢？那是因为啊，宏函数极容易写错，比如少加一个括号等，所以C++引入inline解决宏函数晦涩难懂、容易写错的问题，而且宏函数还不支持调试。

特性

1. inline是一种以空间换时间的做法，省去了调用函数建立栈帧的开销，所以代码很长（一般函数体在10行以内可以，具体取决于编译器）或者有循环/递归的函数都不适宜作为内联函数；
2. inline 对于编译期而言只是一个建议，编译器会自动优化，如果定义成 inline 的函数体内有循环/递归等，编译器优化时会忽略掉内联；
3. inline 不建议声明和定义分离，分离会导致链接错误，因为在调用的地方内联函数被展开了，符号表里找不到内联函数地址，所以链接时会找不到。

比如下面的代码就会发生链接错误：

//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(1);
	return 0;
}

面试题

1、宏的优缺点？
优点：

• 增强代码的复用性；
• 提高性能。

缺点：

• 不方便调试宏；（预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；
• 没有类型安全的检查。

2、C++有哪些技术替代宏？

1. 常量定义换用const；
2. 函数定义换用内联函数。

auto关键字（C++11）

编译器支持C++11时才可以使用auto关键字。

auto简介

C++11规定 auto 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 test()
{
	return 10;
}

int main()
{
	int a = 10;
	auto b = a;
	auto c = 'a';
	auto d = test();

	cout << typeid(a).name() << endl;//可认为typeid(x).name()返回的是变量x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;
}

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”，编译器在编译时期会将 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
auto声明指针类型时，用auto和auto*没有任何区别，但用auto声明引用类型时必须加&；

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;

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，否则会报错，因为编译器实际上只对第一个变量进行推导，然后用推导出来的的类型定义其他变量。

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

可能有老铁会疑惑，这样看来auto好像也没有太大的用处，其实不然，不信你看：

//以后我们学习STL时可能会写这样的代码：
std::map<std::string, std::string> dict;
dict["sort"] = "排序";
dict["string"] = "字符串";
std::map<std::string, std::string>::iterator it = dict.begin();
//用auto直接就简短了很多
auto it = dict.begin();

可能老铁现在还看不懂上面的代码，没关系，你现在可以知道我要表达的意思就行了，后面这些都会详细说明。
所以auto一个很重要的意义之一就是：
类型很长时，可以不写，用auto推导。

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(给缺省参数也不行)
//因为不知道实参类型具体是什么，建立栈帧时不知道要建立多大
void Test1(auto a)
{}

2、auto不能直接用来声明数组

void Test2()
{
	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。

基于范围的for循环（C++11）

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：

int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6 };
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，有时候还特容易写错。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。

int array[] = { 1,2,3,4,5 };
//依次自动取array中的数据，赋值给e，自动判断结束
for (auto& e : array)//想想为什么用的是引用？
	e *= 2;

for (auto e : array)
	cout << e << " ";

如果想恢复成原来数组的数据，这样可以吗？

for(auto e : array)
	e \= 2;

这样是错误的，因为e改变不会改变array数组中的值，e只是array数组值的一份拷贝，那怎么办呢？用引用即可（不是拷贝，而是别名）

注意：与普通循环相似，可以用continue来结束本次循环，也可以用break来跳出整个循环。

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。

//这里的array是指针，并不确定其范围，形参传过来的是数组首元素的地址
void TestFor(int array[])
{
	for(auto& e : array)
		cout << e << endl;
}

2、迭代的对象要实现++和==的操作。（关于迭代器，后面会详细讲解）

关于范围for的底层以后会讲解，大家现在了解会用即可。

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;
}

NULL实际上是一个宏，在传统的C语言头文件(stddef.h)中，可以看到如下代码：

可以看到C++将NULL定义成了字面常量0，在实际编程中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。不论采用何种定义，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;
}

程序本意是想通过 f(NULL) 调用指针版本 f(int*) 函数，但是由于NULL被定义成0，因此和程序的初衷相悖。
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) 和 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使用nullptr。

大厂面试真题

1、关于c++的inline关键字,以下说法正确的是( )
A.使用inline关键字的函数会被编译器在调用处展开
B.头文件中可以包含inline函数的声明
C.可以在同一个项目的不同源文件内定义函数名相同但实现不同的inline函数
D.递归函数也都可以成为inline函数

解析：文章理解之后这道题很简单，选C

2、在（ ）情况下适宜采用 inline 定义内联函数
A.函数体含有循环语句
B.函数体含有递归语句
C.函数代码少、频繁调用
D.函数代码多，不常调用

解析：跟上一题一样简单