【C++入门篇】学习C++就看这篇---＞内联函数、auto关键字、范围for

HABuo

发布于 2025-05-23 09:55:58

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前言：本篇博客我们继续入门篇的学习，入门篇呢，知识很杂碎，希望我们都理解的基础之上记住它，这些知识是为我们后续的学习打下好的基础，万事开头难，希望大家保持定力，坚持到最后，我们就都会成为优秀的C++程序员，大家加油！本篇博客将介绍下述知识点： 1. 内联函数 2. auto关键字(C++11) 3. 基于范围的for循环(C++11) 4. 指针空值---nullptr(C++11)。希望大家有所收获！

一、内联函数

1.1 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

啥意思，挺抽象的，我们举例子说明：看下述正常的函数调用：

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

这是不是就是再正常不过的函数调用它的汇编代码显示如下：

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。

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

展开的意思就是在main函数里执行到Add函数那里会将Add函数直接展开在这里即main函数的对应位置，正常的话我们是怎么样，是不是在栈区相应位置为Add开辟对应的栈帧啊，这里就不用了，因为你的代码就拷贝到调用的位置了，还开毛啊。证明如下：

上述是汇编代码，调用一个函数的时候，开辟栈帧需要call指令，可以看到上述加入inline修饰之后并没有call指令出现。

1.2 特性

1️⃣inline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。

解释：什么意思，怎么就牺牲空间了，你看你每次调用是不是都要展开，那可想而知，你调用100次展开100次那这个代码量吓人，而你之前的不一样啊，之前函数有它独立的栈帧你每次调用就可以了。所以它是以空间换时间的做法。
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。

2️⃣ 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。对于代码长度过大的，编译器会忽略inline特性。 vs下可能函数有20行左右就不会施行了，大家可以试一下。如下所示：

3️⃣inline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
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;
}

解释：因为我们之前的函数调用都是通过地址去找到的，但是你现在没有函数地址，你把声明展开有什么用，我找不到函数的定义，所以在程序处理过程的链接阶段，即各个.c文件链接到一起时就会报下面的错误： // 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

1.3 应用场景（记住）

🚩C语言当中我们知道宏这个好东西。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。

所以C++有哪些技术替代宏？

1. 内联函数就可以替代宏函数（短小函数定义）
2. 常量的定义可以用const enum替代

二、auto关键字(C++11)

背景知识：

相信大家在C语言学习初始阶段被一些float、double、long、long long什么乱七八糟的关键字搞的头大，我是这样的🤭，不清楚大家是什么样。C++到了后期会有更加复杂的类型，如下所示的代码。

std::map<std::string, std::string>::iterator it = m.begin();

std::map<std::string, std::string>::iterator 是一个类型，但是该类型太长了，特别容易写错。相信大家会说这能难倒我？直接typedef不就行了。确实，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：

typedef char* pstring;
int main()
{
	const pstring p1; // 编译成功还是失败？
	const pstring* p2; // 编译成功还是失败？
	return 0;
}

上述是第一个错误，为什么？我们好像还没遇到这种情况，下面进行解释：就是说const是修饰pstring而pstring是一个typedef类型，即char* const，即是常量指针，常量指针必须在声明时初始化（因为其指向不可更改），而第二个是char* const*是一个指向常量指针的普通指针，则不必须进行初始化，但一般好的代码风格就是进行初始化。因此

const修饰typedef类型时，作用于整个类型（指针本身为常量）。
常量指针（char* const）必须初始化，而指向常量指针的普通指针（char* const*）无需初始化。

大家发现你typedef可以，但是是不是要提前先了解其中代表的含义啊，有时候要做到这点并非那么容易，因为在一个庞大的项目当中，大家共同开发，各自对各自的代码比较了解，换个人可能就不太行了。而C++有个东西就可以解决这个问题，那就是auto。

2.1 auto简介

auto声明的变量必须由编译器在编译时期推导而得，不废话，直接看代码：

int a = 10;
 auto b = a;
 auto c = 'a';

直接管它什么double、char、float等直接auto自动给你匹配对应的类型。上面那句代码也是这样

std::map<std::string, std::string>::iterator it = m.begin();
auto it = m.begin();

是不是特别方便，所以auto就是这个功能，提供了很大的方便。
🚩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。

2.2 auto的使用细则

1️⃣auto与指针和引用的结合

🚩 用auto声明指针类型时，用auto和auto*没有任何区别

int a = 10;
auto b = &a;
auto* c = &a;

上述auto会自动判别，对于auto b = &a;，auto就是int*，对于auto* c = &a;就是int

🚩 但用auto声明引用类型时则必须加&

int a = 10;
auto& b = a;
auto c = a;

上述就不一样了，因为auto c = a;你是赋值还是引用，所以对于引用来说就必须带上&

2️⃣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。

void TestAuto()
{
	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
}

2.3 auto不能推导的场景

1️⃣ 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)
 {}

2️⃣ auto不能直接用来声明数组

void TestAuto()
{
	int a[] = { 1,2,3 };
	auto b[] = { 4，5，6 };
}

三、基于范围的for循环(C++11)

背景知识：C语言当中我们遍历个数组是怎么做的，是不是就是利用一个循环对每一个元素进行访问如下代码所示，我相信初学时，大家都被什么范围，这带等号，那不带等号搞得很烦😅，当然现在肯定不成问题。

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;
}

3.1 范围for的语法

所以，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。如下所示：

int TestFor()
{
	int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
	for (auto e : array)
		cout << e << " ";
	return 0;
}

注意：上面仅是遍历，如果是想要修改其中的值是不行的，因为e是另开辟的一个空间与数组没有任何关系，它无法进行修改，证明如下：

所以上面那个范围for可以这样理解，将array数组中的每个元素依次赋值给e，并且每次循环后会自动++，由于数组元素可以是整型、浮点型，甚至是一个class类，所以使用auto自动识别类型。因此前面我们学的引用在这里就可以用上了，就可以进行修改其中的数组里的值了。

	for (auto& e : array)
		e *= 2;

但我有个疑惑，就是前面我们在学习引用的时候就了解到，引用只能绑定到一个已经存在的对象，这里为什么一个e却能绑定到数组当中的每一个元素，数组当中的每一个元素不都是不同的空间吗？😶‍🌫️不清楚大家有这样的疑惑没，如果大家也有这样的疑惑，我们真是同道中人，经过我的查阅，下面为大家解惑：
在C++的范围for循环中，auto& e 在每次迭代时都会创建一个新的引用变量，并将其绑定到当前处理的元素上。每个迭代中的e都是独立的，仅在当前循环迭代的作用域内有效，实际当中范围for等效的代码如下：

int array[] = {1, 2, 3};
for (auto& e : array)
    e *= 2;


int array[] = {1, 2, 3};
auto* begin = std::begin(array); // 获取数组起始指针
auto* end = std::end(array);     // 获取数组结束指针
for (; begin != end; ++begin) {
    int& e = *begin; // 每次迭代创建新引用
    e *= 2;          // 通过引用修改原元素
}

但是又不对啊，你上面没有引用的时候，我看到每个迭代e的地址都是一样的啊，是不是没有引用的场景和这里不一样呢？你的疑惑很好，我也有这样的疑惑😢，之后我查找一些资料得知，上述没有引用的场景中，每个迭代的e仍然是独立的，新创建的，和加入引用的场景是一样的，但是为什么地址是一样的呢？这里涉及到涉及 栈内存分配 和 编译器优化 ：
1️⃣栈内存重用：

每个迭代中的 e 是局部变量，分配在栈上。
当一次迭代结束时，e 的内存被释放，但栈指针（stack pointer）会回退到之前的位置。
下一次迭代时，新变量 e 会在同一块栈内存地址上重新分配，因为前一个 e 的内存已经被释放，编译器会复用这块内存。

2️⃣作用域隔离：

每次迭代的 e 属于不同的作用域，虽然地址可能相同，但它们的生命周期完全不重叠。
编译器知道这些变量不会同时存在，因此可以安全地复用内存地址。

也就是说，如果每次迭代之前产生一个新的局部变量，将这块e复用的空间占用了，就有可能产生不同的地址，但是也不绝对，这与编译器的优化策略和栈帧管理细节有关，我们不再细究。

🚩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。

3.2 范围for的使用条件

1️⃣for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

void TestFor(int array[])
{
	for (auto& e : array)
		cout << e << endl;
}

2️⃣迭代的对象要实现++和==的操作。

四、指针空值nullptr(C++11)

4.1 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：

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;
}

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。结果如下所示：

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。

4.2 指针空值nullptr

指针空值nullptr就是解决上述问题的

1️⃣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。
2️⃣在C++11中，sizeof(nullptr) 与 sizeof((void*)0)所占的字节数相同。
3️⃣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

五、总结

本篇博客我们总结学习了下述知识点，内联函数使用 inline 修饰，编译时会在调用处展开，可提升效率，但编译器可能不采纳此建议，且声明定义不宜分离。auto 关键字（C++11）可自动推导变量类型，结合指针引用需注意用法，但不能作函数参数及直接声明数组。基于范围的 for 循环（C++11）语法简洁，用于遍历数组等，要求迭代范围确定且对象实现相应操作。nullptr（C++11）作为指针空值，较 NULL 更安全清晰。这些特性使代码更简洁高效，增强可读性与维护性，推动 C++ 发展。希望大家有所收获！

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原始发表：2025-05-22，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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