一.引用

1.引例

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。
语法：

数据类型+&+别名=原数值

如以下例子：

int main()
{int a = 10;int& b = a;return 0;
}

vs调试结果：

显然在语法层面，a和b的地址和数值大小完全一致。

2.注意事项

• 引用必须初始化，不能空定义一个引用，然后引用。
  
  
• 引用不同于指针，一旦引用不能中途更换指向。

int main()
{int a = 10;int c = 20;int& b = a;b = c;return 0;
}

这里只是赋值而不是重引用

• 一个变量可以有多个引用多个别名，也可以给引用在引用。
  
• 不可修改的常量不能被引用
  

3.应用场景

值得注意的是引用和指针在许多场景功能是重复的，但又各自有独特的妙用

1.做参数（a:输出型参数b:内容较大参数）

• a:
  输出型参数是一种函数参数，用于在函数调用结束后将结果传递出来。这种参数通常用于返回函数的计算结果或状态信息。
  如交换函数：

void Swap(int& x, int& y)
{int temp = x;x = y;y = temp;
}
int main()
{int a = 10,  b = 20;cout << a<< "  " << b << endl;Swap(a, b);cout << a <<"  "<<   b << endl;return 0;
}

• b:

使用引用做参数，在语法层面就少去了函数传参，进行临时拷贝这一过程,所以增加了效率

2.做返回值（a:修改返回值，b:减少拷贝）

在讲用法之前，我需要细说一下函数返回值是如何传回主函数的。系统知识我会后续推出函数栈帧的创建与销毁。

int Func()
{int a = 10;return a;
}
int main()
{cout << Func() << endl;
}

在主函数内调用Func()函数，需要开辟一块内存称为Func()的函数栈帧。
在c/c++中，局部变量储存在栈中，随着函数生命周期结束，栈帧也随之销毁，在程序后期这片内存会清理分配给其他局部变量使用

由此可见，虽然是return ，但返回的也是一份拷贝，并不是a这个量

• 错误写法：

int& Func()
{int a = 10;return a;
}

在代码量较少函数栈区未清理时，会存在正确情况，但一旦清理，将意味着引用将指向一个无效的内存地址。这将导致未定义的行为，可能会导致程序崩溃或产生不可预测的结果。

• 所以引用返回值，在堆区使用更加合理，脱离了局部变量返回的束缚：

int& Func(int x)
{int* a = (int*)malloc(sizeof(int)*10);for (size_t i = 0; i < 10; i++){a[i] = i;}return a[x];
}

4.引用和指针的区别

• 语法：
  1.引用是别名不开空间，指针是地址需要开空间
  2.引用必须初始化，指针不要求
  3.引用不能改变指向，指针可以
  4.引用相对更安全没有空引用，指针有空指针，野指针。
  5.sizeof()内的意义，引用指指向的值，指针则指本身指针大小
  6.引用没有±数值的用法
• 底层：
  在汇编代码角度二者实现方法是相同的，都是指针，都需要开空间

二.内联函数

1.为什么有内联函数

内联函数（inline function）是一种在调用处直接展开执行的函数。在C++中，使用关键字inline声明的函数就是内联函数。内联函数的目的是减少函数调用的开销，提高程序的执行效率。

内联函数通常适用于函数体较小且频繁调用的情况，可以减少函数调用时的开销，但也可能增加代码的大小。

内联函数的定义通常放在头文件中，以便在需要的地方直接展开执行。
在c语言中我们通常使用宏替换去写频繁调用的小函数，不建立函数栈帧。

宏的缺点：
1.语法复杂，不易控制
2.本质是替换，不能调试
3.没有类型安全检查

所以c++中引入了内联函数的概念

2.用法和底层

• 在未使用内联

int Add(int x, int y)
{return x + y;
}
int main()
{int ret = Add(1, 2);return 0;
}

call代表调用函数，证明此时建立了函数栈帧

• 使用内联函数

inline int Add(int x, int y)
{return x + y;
}
int main()
{int ret = Add(1, 2);return 0;
}

在需要展开的函数前加上inline

这里就没有call指令，即没有调用函数栈帧

3.特性

inline本质为空间换时间，但是一旦函数大小过大，编译器将自动忽略内联不在展开，防止代码膨胀。所以超过范围大小的，和递归类型的函数不适用于内联。

多文件项目函数实现的方法：
1.声明和定义分离
2.static静态实现函数
3.inline函数展开

前两种方法适用于大一些的函数，第三种适用于短小型函数。

三.auto关键字

auto关键字通常用于声明变量，它让编译器根据变量的初始化值自动推断出变量的类型。这样可以简化代码，减少重复输入类型名称的工作量。
在C++11及以后的标准中，auto关键字还可以用于迭代器的声明和lambda表达式的返回类型推断。

1.基础示例

void  func(int x, int y)
{return;
}int main()
{void(*pf1)(int ,int) = func;//函数指针auto pf2 = func;//自动推导cout << typeid(pf1).name ()<< endl;cout << typeid(pf2).name() << endl;return 0;
}

在很长的函数指针定义时很复杂，所以可以使用auto自动推导
typeid是C++中的一个操作符，用于获取一个对象的类型信息。

2.弊端

过分使用auto,会误导程序员的判断，相当于一些关键信息会被省略，建议慎用。

四.for循环

C++11引入了范围for循环，它提供了一种简洁的方法来遍历容器、数组或其他可迭代对象的元素。范围for循环的语法如下：

for (auto element : container) {// 在这里使用 element
}

其中，auto关键字用于自动推断element的类型，container是要遍历的容器或可迭代对象。在循环的每次迭代中，element将依次代表container中的每个元素，直到遍历完所有元素为止。
日常使用中，这里容器可指数组，所以在c++中遍历数组又有了更简洁的使用方法。

int main()
{int arr[5] = { 1,2,3,4,5};for (auto e : arr){//遍历数组cout << e << " ";}cout << endl;return 0;
}

注意的一点：这里的e是对数组元素的一份临时拷贝，修改e对数组无效
那么怎么修改呢我们可以尝试使用引用对数组元素取别名

五. nullptr

在c++98中有一个bug，将NULL直接宏定义为0，所以在函数重载上会有误判。

如图所示，输出皆为第一个函数，并没有达到重载效果。
所以c++11,引入关键字nullptr进行修正。

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