[C++] 内联函数inline 以及 auto关键字 -- C++入门

Posted 2022-05-16 小白又菜

本篇文章主要包括内联函数和auto关键字。其中，内敛函数包括概念，特性等；auto关键字的使用规则，使用场景等。

目录

1.内敛函数​

2.auto关键字

1.内敛函数

1.1问题引入：

我们在使用C语言中我们都学过函数，我们知道函数在调用的过程中需要开辟栈帧。如果我们需要频繁的调用一个函数，假设我们调用10次Add()函数，那我们就需要建立10次栈帧。我们都知道在栈帧中要做很多事情，例如保存寄存器，压参数，压返回值等等，这个过程是很麻烦的。那在C语言中，我们可以通过宏来解决这个问题。在C++中，我们便引入了内敛函数（inline）。

1.2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，没有函数压栈的开销，内联函数提升程序运行的效率。

我们这里依然使用Add()函数举例。这段代码是我们常写的Add()函数。假设我们多次调用Add函数，在C语言中，我们可以使用宏替换。在C++我们可以在函数前加上inline

int Add(int x, int y)

  int z = x + y;
  return z;

C语言中用宏来代替Add函数： 

#define Add(x,y) ((x)+(y))

C++中在函数前加上inline使之成为内联函数

inline int Add(int x, int y)

  int z = x + y;
  return z;

那C语言已经有了宏替换，为什么C++还要出现内联函数呢？

主要是有两个原因：

1.宏晦涩难懂不好控制,特别容易写错.语法机制设计不好。

2.宏不支持调试，但是内敛在debug下支持调试（在debug下不会展开，在release下才会展开），这样我们对代码的理解和掌握将大大提高。

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如果在Add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。

查看方式：

1. 在release模式下，查看编译器生成的汇编代码中是否存在call Add

2.在debug模式下，需要对编译器进行设置，否则不会展开(因为debug模式下，编译器默认不会对代码进行优化，以下给出vs2019的设置方式)

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1.3内敛函数的特性

1. inline是一种以空间换时间的做法，省去调用函数额开销。所以代码很长或者有循环/递归的函数不适宜使用作为内联函数。

2. inline对于编译器而言只是一个建议，编译器会自动优化，如果定义为inline的函数体内有循环/递归等等，编译器优化时会忽略掉内联。

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

1.3.1 inline是一种以空间换时间的做法,省去调用函数额开销(建立栈帧).所以代码很长或者递归的函数不适宜用内联函数.

这里代码多长算长呢?  一般是10行左右，具体取决于编译器。

1.3.2. inline对于编译器而言只是一个建议，编译器会自动优化，如果定义为inline的函数体内有循环/递归等等，编译器优化时会忽略掉内联。

这里可以举个例子，假设我们有一个代码需要10行，但是我们需要调用1000次。如果inline替换的话，我们要有1000*10条指令，如果不替换则有1000+10条指令。因此最终是否替换，取决于编译器。

inline int Add(int x, int y)

  int z = x + y;
  z += x * y;
  z += x * y;
  z += x * y;
  z += x * y;
  z += x * y;
  z += x * y;
  z += x * y;
  z += x * y;
  z += x * y;
  z += x * y;
  z += x * y;
  return z;

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我们发现，虽然Add函数前加了inline，但是最终却没有展开。

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

​编辑​

 我们在f.cpp中调用一下：发现报错了

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 在这里他就会发生链接错误：

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 这是因为test.h中替换到test.cpp中发现是内联函数，内联函数不需要生成地址，因为内联函数调用的地方都展开了，因此不会存在在符号表中。外部调用时就找不到。因此不要将声明和定义分开。

2.auto关键字

2.1auto简介

在早期C/C++中auto的含义是：使用auto修饰的变量，是具有自动存储器的局部变量。C++11中，标准委员会赋予了auto全新的含义即：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

auto在C语言中我们是接触过的：最宽宏大量的关键字，由于局部变量默认都是auto修饰的，因此auto可以省略，这就导致auto常常被人忽略。那么在C++11中，auto进行了升级，有了新的功能--自动推导。（注意：auto新功能只是在C++11之后才有此功能）

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那么auto是怎么自动推导呢？

我们可以使用typeid，来打印一个变量的类型。

int main()

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

    cout << typeid(b).name() << endl;//typeid可以打印一个变量的类型
    cout << typeid(a).name() << endl;//typeid可以打印一个变量的类型
    cout << typeid(c).name() << endl;//typeid可以打印一个变量的类型

    return 0;

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我们发现auto的自动推导还是很智能的。

auto意义之一：类型很长时，懒得写，可以让他自动推导

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

1. auto与指针和引用结合起来使用auto声明指针类型时，用auto和auto*没有任何区别，但用auto声明引用类型时则必须加&.

int main()

  int x = 10;
  auto a = &x;
  auto& c = x;
  cout << typeid(x).name() << endl;//typeid可以打印一个变量的类型
  cout << typeid(a).name() << endl;//typeid可以打印一个变量的类型
  cout << typeid(c).name() << endl;//typeid可以打印一个变量的类型
  return 0;

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2. 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。

auto a = 1, b = 2;
  auto c = 3, d = 4.0;//c和d类型不同，auto推导会冲突的

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2.3 auto不能推导的场景

1. 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)

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 2. auto不能直接用来声明数组

void TestAuto()

  int a[] =  1,2,3 ;
  auto b[] =  4，5，6 ;

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2.4 auto与新式for循环使用

在平常我们打印一个array数组，我们需要依次打印遍历。如下代码所示：

int main()

  int array[] =  1,2,3,4,5 ;
  for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(int); ++i)
    array[i] *= 2;
  for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(int); ++i)
    cout << array[i] << " ";
  cout << endl;

  return 0;

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我们也可以使用auto结合范围for循环打印这个数组：

for (auto e : array)
    cout << e << " ";
  cout << endl;

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在这里我们使用到了一个新的for循环，范围for。它会依次自动取array中的数据，赋值给e，并且会自动判断结束，因此我们使用auto可以自动识别数组元素的类型。

注意：e只是array的拷贝，改变e不会改变array数组的内容。如果我们想改变array的内容，只需要加个引用即可，意思是让e成为array的别名，代码如下：

//加个引用就可以访问到array
  for (auto& e : array)
  
    e /= 2;
  
  for (auto e : array)
    cout << e << " ";

​

（本篇完）