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前言

亲爱的夏目友人帐的小伙伴们，今天我们继续讲解 C++ 入门的知识 内联函数、auto、范围for循环、nullptr空指针 这里的知识虽然入门，但是却是你后面更加深入学习 C++ 知识的钥匙，所以请跟着夏目学长一起进入 C++ 的世界吧！

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Ⅰ. 内联函数

0x00 内联函数和宏的比较

我们学习C语言的时候知道：调用函数需要建立栈帧，栈帧中要保存寄存器，结束后就要恢复，这其中都是有 消耗 的 例如：

#include<iostream>using namespace std;int add(int a,int b)
{return a + b;
}int main()
{add(1, 2);add(1, 2);add(1, 2);add(1, 2);return 0;
}

而针对 频繁调用 的 代码短小的函数，可以用 宏 优化，因为宏是在预处理阶段完成替换的，并没有执行时的开销，并且因为代码量小，也不会造成代码堆积，例如：

#include<iostream>using namespace std;#define add(a,b) ((a)+(b)) int main()
{cout << add(1, 2) << endl;return 0;
}

我们会思考，既然宏这么好用，好处如此之多，为什么还要引进 内联函数？ 所以下面就要来讲讲 宏 的缺点：

1. 不能调试
2. 有些场景下非常复杂
3. 没有类型安全的检查

就拿我们写过的add函数来说，我们再初次学习的时候通常会写成以下错误：

// 以下代码都是错误的，不要被误导
#define add(int a,int b) ((a)+(b)) 
#define add(int a,int b) ((a)+(b));
#define add(a,b) ((a)+(b));
#define add(a,b) a+b

所以写宏时出错，要么是替换出错，要么是因为优先级出错，所以宏并不友好。

而 C++ 针对为了减少函数调用开销，又可以在一定程度上替代宏，避免宏的出错，从而设计出了内联函数 。

内联函数的关键字为 inline ：

#include<iostream>using namespace std;inline int add(int a,int b)
{int res = a + b;return res;
}int main()
{int res = add(1, 2);cout << res << endl;return 0;
}

0x01 内联函数的概念

在 release 版本下，inline 内联函数会直接在调用部分展开；对于 debug 则需要 主动设置 (debug 下编译器默认不对代码做优化)；但是 release 版本下其他版本优化的太多，可能就不太好观察，所以我们设置一下编译器，在 debug 下看：

打开解决方案资源管理器，右击项目名称，选中属性并打开，在 C/C++ 区域常规部分，在调试信息一栏设置格式为程序数据库：

然后找到优化，将内联函数扩展部分选中只适用于 _inline ：

这样算是可以使用内联函数了，就不再需要使用 宏 啦。

0x02 内联函数的特性

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。

对于特性1的讲解：

空间换时间是因为反复调用内联函数，导致编译出来的可执行程序变大

inline void func()
{// 假设编译完成为 10 条指令
}

若不用内联函数，不展开，若10000次调用 func，每次调用的地方为 call 指令的形式，总计 10010 行指令。若用内联函数，则展开，若一千次调用，每次调用的地方为都会展开为 10 条指令，总计 10 * 10000 行指令。

展开会让编译后的程序变大，如果递归函数作内联，后果可想而知。所以长函数和递归函数不适合展开。

对于特性2的讲解：

编译器可以忽略内联请求，内联函数被忽略的界限没有被规定，一般10行以上就被认为是长函数，当然不同的编译器不同

编辑器并不信任你是否能判断什么时候使用内联函数，所以编译器会决策是否使用内联函数。

对于特性3的讲解：

内联函数声明和定义不可分离

由于内联函数无地址，所以当声明和定义分离，调用函数时，由于内联函数无地址，编译器链接不到，所以就会报错，为链接错误。

结论：简短，频繁调用的小函数建议定义成 inline .

Ⅱ. auto（C++ 11)

0x00 auto的概念

在前面学习的C语言当中也有关键字 auto

int main()
{auto int a = 0;
}

auto 关键字修饰后，a变为自动存储类型，即变量会在函数结束以后自动销毁。但是这个语法完全多此一举，因为后来，对于局部变量默认就是自动存储类型，当函数结束后也会自动销毁。

于是 C++ 委员会废弃了 auto 的用法，赋予了新的意义：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 main()
{int a = 0;int b = 0;auto c = a;auto d = 1.11;auto e = 'a';return 0;
}

对于 auto ，如果要加上 const 属性，则需要主动加上：

int main()
{int x = 10;const auto y = x;cout << typeid(y).name() << endl; // 这里不会打印出，需要调试看return 0;
}

0x01 auto的用途

auto 具有两种针对场景：

1. 类型难于拼写
2. 含义不明确导致容易出错

比如后面的STL迭代器的使用 还有 BFS对于取出 pair 类型的时候，这里需要后面学到的时候再讲。

Ⅲ. 范围for循环(C++11)

0x00 基本用法

之前对于数组的遍历，需要使用下标遍历：

int main()
{**加粗样式** int a[] = {1,2,3,4,5,6};for(int i = 0 ; i < sizeof(a) / sizeof(a[0]) ; ++ i){cout << a[i] << ' ';}cout << endl;return 0;
}

而 C++ 中效仿新语言，加入了范围遍历：

int main()
{int a[] = {1,2,3,4,5,6};for(auto& c : a){cout << c << " "; }cout << endl;return 0;
}

范围 for 对于遍历来说非常舒服

而范围for循环的原理就是自动取遍历目标的每一个元素，再放到给定的临时变量中。在上方就是取 arr 的元素放到 num 中，并自动判断结束。auto 会根据遍历目标的元素类型自动推导，当然直接写类型 int 也对 。

而对于 num 的生命周期，则可以认为仅在每次范围遍历中（某一次循环）才存在。

范围 for 会根据遍历目标的元素类型来取出元素，例如上方例子就是 int ，如果这时用指针接收，就是错误的：

int main()
{int a[] = {1,2,3,4,5,6};for(auto* c : a)//错误{c ++;}for(auto c : a){cout << c << " "; }return 0;
}

因为取出来的每一个元素是 int ，类型不匹配。而判断结束我们并不用担心，其实和普通遍历类似。

0x01 范围for循环(C++11)的使用条件

for循环迭代的范围必须是确定的

对于数组的范围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。

以下代码就有问题，因为for的范围不确定，因为函数传参，数组就会退化为指针：

void Func_For(int arr[])
{for (auto& c : arr){cout << c << endl;}
}

是错误的。

Ⅳ. 指针空值nullptr(C++11)

0x00 概念

对于 c 来说，空指针为 NULL，是一个宏。

在 C++98/03 时，只能使用 NULL ；而 C++11 后，推荐使用 nullptr 。

#ifndef NULL
#ifdef __cplusplus
#define NULL 0
#else
#define NULL ((void *)0)
#endif
#endif

实际上 NULL 就是个宏，所以说写成 int* p = 0 ，也可以；而j绝大多数情况下，这样写都没问题。

但是对于极端场景：

void f(int) // 这边由于不使用形参，不给形参名也可以
{cout << "f(int)" << endl;
}void f(int*)
{cout << "f(int*)" << endl;
}int main()
{f(0);f(NULL);return 0;
}

按道理，对于第一次调用，应该匹配第一个，对于第二次调用，应该匹配第二个。

但是实际上它们都匹配了第一个，原因是 NULL 是一个宏，本质为 0 .

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，例如：(int*)NULL ，所以在 C++11 后，使用 nullptr 是明智的选择。

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。

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📌 [ 笔者 ]   夏目浅石.
📃 [ 更新 ]   2023.9
❌ [ 勘误 ]   /* 暂无 */
📜 [ 声明 ]   由于作者水平有限，本文有错误和不准确之处在所难免，本人也很想知道这些错误，恳望读者批评指正！

📜 参考文献：

百度百科[EB/OL]. []. https://baike.baidu.com/.
维基百科[EB/OL]. []. https://zh.wikipedia.org/wiki/Wikipedia
B. 比特科技. C/C++[EB/OL]. 2021[2021.8.31]

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