【C++入门到精通】C++入门 —— 引用、内联函数

时间：2024-01-21 18:02:09


 目录

一、引用

1.引用的概念

2.引用的特性

3.常引用

4.引用的使用场景

        ⭕做参数

        ⭕做返回值

5.传值、传引用效率比较

值和引用的作为返回值类型的性能比较

6.引用和指针的区别

 引用和指针的不同点

 二、内联函数

1.内联函数的概念

2.内联函数的特性

3.宏与内联函数

宏的优缺点

????优点：

????缺点：

在C++中代替宏的方法

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

【C++入门到精通】C++入门 —— 引用、内联函数_值类型

        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);
}

【C++入门到精通】C++入门 —— 引用、内联函数_值类型_02

        ????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;
}

【C++入门到精通】C++入门 —— 引用、内联函数_值类型_03

4.引用的使用场景

        ⭕做参数

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

【C++入门到精通】C++入门 —— 引用、内联函数_编译器_04

        ⭕做返回值

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

【C++入门到精通】C++入门 —— 引用、内联函数_内联函数_05

????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;
}

【C++入门到精通】C++入门 —— 引用、内联函数_值类型_06

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;
}

【C++入门到精通】C++入门 —— 引用、内联函数_内联函数_07

        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;
}

【C++入门到精通】C++入门 —— 引用、内联函数_编译器_08

  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;
}

【C++入门到精通】C++入门 —— 引用、内联函数_编译器_09我们来看下引用和指针的汇编代码对比

【C++入门到精通】C++入门 —— 引用、内联函数_值类型_10

【C++入门到精通】C++入门 —— 引用、内联函数_编译器_11编辑

 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。

【C++入门到精通】C++入门 —— 引用、内联函数_编译器_12

【C++入门到精通】C++入门 —— 引用、内联函数_内联函数_13编辑

 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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