阿巴阿巴，最近搭建好了​​腾讯云的Linux环境​​，所以本篇C++的博客就尝试在Linux环境下来测试代码吧！

今天学习了C++的引用和内联函数，一起来瞅瞅它们都是些啥……




文章目录

  • ​​前言​​
  • ​​1.引用​​
  • ​​1.1基本形式​​
  • ​​1.2引用的权限问题​​
  • ​​①const常量​​
  • ​​②int和double相互引用​​
  • ​​1.3引用的使用场景​​
  • ​​①函数传参​​
  • ​​②函数返回值​​
  • ​​③优化函数调用时间​​
  • ​​1.4引用和指针的汇编代码​​
  • ​​1.5引用和指针的区别​​
  • ​​2.内联函数​​
  • ​​2.1基本形式​​
  • ​​2.2查看预处理文件​​
  • ​​2.3查看汇编代码​​
  • ​​①Linux环境​​
  • ​​②VS2019​​
  • ​​2.4内联函数的特性​​
  • ​​结语​​

前言

众所周周知，C语言之中，有一个叫指针的家伙，它的使用方式如下

int main()
{
    int a=10;
    int*p=&a;//p是一个指针变量，指向a
    
    return 0;
}

这时候我们就可以通过​​*p​​对指针解引用访问变量a

所以C++之中也有一个类似的东西，叫做​​引用​​，不过它和指针完全不同哦

1.引用

1.1基本形式

引用的基本方式如下

int a=10;
  int& b=a;
  int& c=a;//同一个变量可以有多个别名
  //可以用两个不同的变量名引用同一个
  //但是引用了之后不可以更改对象

此时的b和c都是a的别名，注意是别名！

【C++】引用和内联函数_内联函数

可以用两个不同的变量名引用同一个变量，而且引用了之后不可以更改对象

  • 一个变量可以有多个引用
  • 指针可以更改指向的对象，引用不可以
  • 引用必须在定义的时候就初始化，不可以​​int& b;​​

【C++】引用和内联函数_c++_02

比如你叫李华，有人叫你“小李”，还有人叫你“英语作文人”，这两个外号都是你的别名。


指针并不是别名，指针是通过地址访问某个变量。而引用是给a变量起另外的两个名字，实际上b和c都可以当作a来使用


编译运行代码，让编译器打印出这三者的地址，可以看到它们的地址是一样的，因为它们本来就是同一个变量的不同名字。

【C++】引用和内联函数_编译器_03


指针变量的地址和指针变量所指向对象的地址是不同的


引用的类型必须和引用实体的类型相同，不能用​​int&​​引用double类型

【C++】引用和内联函数_编译器_04

1.2引用的权限问题

①const常量

引用可以引用常量，但是必须加​​const​​修饰

【C++】引用和内联函数_编译器_05

基本的思路就是“权限可以缩小，但不可以放大”。

  • 在上面的代码中，a是一个可以修改的变量，但是​​const int&d=a;​​中的d是不能修改，只可读取a的内容。
  • e是不可修改的常量，所以我们不能用​​int&​​来放大权限

②int和double相互引用

在​​1.1​​​中有提到，我们不能用​​int&​​​来引用​​double​​类型的变量，编译器会报错

【C++】引用和内联函数_开发语言_06

不过我们可以用​​const int&​​类型来引用double，此时引用就不是简单的一个别名了

先来了解一下把double复制给int类型，这时候会产生“隐式类型转换”，h保存的是z的整数部分

【C++】引用和内联函数_开发语言_07

【C++】引用和内联函数_编译器_08

在这个过程中，编译器会产生一个临时变量存放z的整数部分，然后赋值给h

  • 临时变量具有“常性”，可读不可改

而当我们用​​const int&​​​类型来引用double时，实际上引用的是编译器产生的临时变量，它是一个常量，所以我们需要用​​const int&​​来引用

const int& i=z;//这里的i是临时变量的别名
  //在引用的时候，创建了一个临时变量存放d的整数部分
  //i的地址和z不相同，且临时变量不会销毁，生命周期和i同步
  //生成的这个临时变量是常量，所以i的本质是引用了一个int类型
  cout <<"i= "<<i<<endl;
  cout <<"&i= "<< &i <<endl; 
  cout <<"&z= "<< &z <<endl;
  //在c++中函数主要使用引用传参，后面会进一步学习

一个非常直观的验证方法，就是打印一下，瞅瞅它们的地址是否相同。可以看到，i的值和h是相同的，因为它引用的就是那个存放了整数部分的临时变量，这个临时变量的地址和z不同

【C++】引用和内联函数_内联函数_09

1.3引用的使用场景

①函数传参

众所周知，在C语言中，如果我们想在函数中修改某一个main传过来的参数，就必须进行​​传址调用​​。而在C++中，我们可以通过引用来操作

【C++】引用和内联函数_编译器_10

可以看到，我们通过引用实现了在函数中修改a的值

【C++】引用和内联函数_内联函数_11

更加充分的体现便是Swap函数，在C语言中必须两个都传地址来调用

在C++中，配合函数重载，我们可以很方便的写出多个交换函数

【C++】引用和内联函数_内联函数_12

【C++】引用和内联函数_编译器_13

直接测试一下，交换成功！

【C++】引用和内联函数_编译器_14

②函数返回值

int& Count(){
  int n=0;//现在没有加static，返回的变量n可能会覆盖
  n++;
  cout<<"&n:"<<&n<<endl;
  return n;
}
int main()
{
  int& ret = Count();
  cout<< ret <<endl;
  cout<<"&ret:"<<&ret<<endl;
  cout<< ret <<endl;
}

当我们把n作为​​int&​​类型来返回时，ret此时是对n的引用。但是函数中的变量n在出了函数后销毁了，所以在main函数中打印ret的时候，可能会打印出随机值（这个要看什么时候n的内容会被编译器覆写）

【C++】引用和内联函数_c++_15

而当我们带上​​static​​后，多次打印n的值都不会出现问题，因为此时n的空间并没有被销毁

【C++】引用和内联函数_c++_16

  • 如果函数返回时，出了函数作用域，如果返回对象还未还给系统，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，避免出现访问随机值

下面用一个简单的Add函数来演示一下上面提到的两种情况

【C++】引用和内联函数_c++_17

如果去掉​​static​​修饰，编译器会报警告，而且打印的值会在第二次cout调用的时候被覆写

【C++】引用和内联函数_c++_18

当Add函数的c变量加了​​static​​修饰后，打印的值都是稳定的，不会被覆写（因为c的空间没有被销毁）

【C++】引用和内联函数_编译器_19

③优化函数调用时间

在函数返回传参的时候，其实是先把返回值存放到寄存器中，而不是直接返回给main函数的变量

  • 当返回值很小（指占用空间）的时候，会用寄存器存放它的值
  • 当返回值很大的时候，部分编译器会先在main函数中预先开辟栈帧用来存放返回值

【C++】引用和内联函数_开发语言_20

而使用引用作为返回值的时候，就不需要用寄存器来接收临时变量，这时候就优化了函数返回的时间！

【C++】引用和内联函数_编译器_21

可以看到，用引用返回的时间消耗很小！

【C++】引用和内联函数_内联函数_22

再来试试把引用作为参数传参的消耗，和传址、传值进行对比，代码和上面的类似，稍微修改一下测试函数就行了

【C++】引用和内联函数_c++_23

可以看到，传地址和引用作为参数的传参消耗都是很小的。因为传值的时候需要拷贝数据！

【C++】引用和内联函数_内联函数_24

1.4引用和指针的汇编代码

用下面的代码来查看引用和指针的汇编区别

#include <stdio.h>
int main()
{
  int a = 10;
  int& ra = a;
  ra = 20;
  int* pa = &a;
  *pa = 20;
 
  return 0;
}

你可以看到，指针和引用的汇编代码是相同的。因为C++的引用，本质上是用指针实现的！

【C++】引用和内联函数_内联函数_25

用​​objdump -S​​语句，查看Linux环境下的汇编????

【C++】引用和内联函数_编译器_26

1.5引用和指针的区别

  • 引用是别名；指针是指向地址
  • 引用必须在定义的时候初始化；指针无要求
  • 引用的sizeof大小和引用对象相同；指针无论指向的谁，大小都是4/8
  • 引用不能为NULL；指针可以为NULL
  • 引用++即对象数值+1；指针++是指向的地址向后偏移
  • 引用无多级；指针存在二级、三级……
  • 引用比指针使用起来更加安全（不会出现野指针）
  • 引用是编译器处理的；指针需要手动解引用
  • ……

2.内联函数

2.1基本形式

在函数名前用​​inline​​修饰的函数是内联函数，编译器在处理此类函数的时候，会将函数在调用它的地方打开。此时内联函数就没有函数压栈的开销，提高了程序运行的效率


这部分和C语言学习过的​​#define​​类似，但define是直接替换，内联函数不是


#include <stdio.h>
#include <iostream>
using namespace std;

#define ADD(a,b) ((a)+(b))

inline int Add(int a,int b){
  return a+b;
}

int main ()
{
  int sum=ADD(1+3,2+4);//4+6=10     
  printf("%d\n", sum); 

  int ret = 0;
  ret=Add(3,4);

  return 0;
}

2.2查看预处理文件

使用下面的Linux语句可以把源文件生成为预处理后的文件


这部分可以看看我之前用树莓派操作的博客哦！​​【传送门】​​


g++ -E test.cpp -o test.i

可以看到define被替换了，但是内联函数并没有

【C++】引用和内联函数_c++_27

2.3查看汇编代码

①Linux环境

这时候我们先编译这个文件

g++ test.cpp

然后使用下面的语句查看汇编代码

objdump -S a.out

然后你就发现，这不还是有call函数调用嘛？这哪里没有调用呢？

【C++】引用和内联函数_内联函数_28

实际上，我们在编译的时候需要调整编译器的优化操作​

g++ -O2 test.cpp

这时候的汇编代码就没有call了

【C++】引用和内联函数_开发语言_29

②VS2019

要想调整VS2019的优化等价，需要在项目属性中​​C/C++ -常规​​​中修改​​调试信息格式​​为“程序数据库”

【C++】引用和内联函数_内联函数_30

然后在​​优化-内联函数扩展​​​修改成​​只适用于inline(/Ob1)​​

【C++】引用和内联函数_开发语言_31

然后调试，右键转到反汇编，可以看到，no call????️‍♂️

【C++】引用和内联函数_编译器_32

2.4内联函数的特性

​​define​​没有传参检查，且不能debug+可读性不高，内联函数解决了这一缺点

  • 内联函数是用空间换时间的做法，省去函数调用的开销
  • 函数代码很长的时候不适合用内联函数（define同理）
  • 在代码行数很长的时候，编译器会自己判断是否使用inline。如果函数体内有循环/递归等，编译器优化的时候会取消内联
  • inline不可以声明和定义分离，会导致链接错误

对最后一点展开介绍一下，当我们把内联函数的声明和定义放在不同的源文件和头文件中，编译器会报错找不到函数

【C++】引用和内联函数_开发语言_33

这是因为内联函数在调用的时候已经展开了，对应的函数地址也没了，所以无法正常链接

结语

引用和内联函数的博客到这就结束啦，如果对你有帮助，还请点个赞再走哦！


笔记难免有错，还请大佬们无情指出！