『C++成長記』C++入門—— 函數重載引用

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一、函數重載

📒1.1函數重載的概念

📒1.2函數重載的種類

📒1.3 C++支持函數重載的原理

二、引用

📒2.1引用的概念

📒2.2引用的特性

📒2.3引用的使用場景

📒2.4傳值和引用性能比較

📒2.5常引用

📒2.6引用和指針的區別?

🗒?前言：

在上期的學習中，我們學習了命名空間和缺省參數，對C++有了初步的認識，本期我們將會學習函數重載和引用等新的概念。

一、函數重載

? ? ?自然語言中，一個詞可以有多重含義，人們可以通過上下文來判斷該詞真實的含義，即該詞被重載了。比如：以前有一個笑話，國有兩個體育項目大家根本不用看，也不用擔心。一個是乒乓球，一個是男足。前者是“誰也贏不了！”，后者是“誰也贏不了！”

📒1.1函數重載的概念

? ? ?函數重載是函數的一種特殊情況，C++允許在同一作用域中聲明幾個功能類似的同名函數，這些同名函數的形參列表(參數個數或類型或類型順序)不同，常用來處理實現功能類似數據類型不同的問題。

📒1.2函數重載的種類

參數類型不同
int Add(int left, int right)
{cout << "int Add(int left, int right)" << endl;return left + right;
}double Add(double left, double right)
{cout << "double Add(double left, double right)" << endl;return left + right;
}int main()
{cout << Add(1, 2) << endl;cout << Add(1.0, 2.0) << endl;
}
? ? ?上面的代碼定義了兩個同名的Add函數，但是它們的參數類型不同，第一個函數的兩個參數都是int型，第二個函數的兩個參數都是double型，在調用Add函數的時候，編譯器會根據所傳實參的類型自動判斷調用哪個函數。

參數個數不同

void Fun()
{cout << "f()" << endl;
}void Fun(int a)
{cout << "f(int a)" << endl;
}int main()
{Fun();Fun(1);return 0;
}

參數類型順序不同

void Text(int a, char b)
{cout << "Text(int a,char b)" << endl;
}void Text(char b, int a)
{cout << "Text(char b, int a)" << endl;
}int main()
{Text(1, 'a');Text('a', 1);return 0;
}

有缺省參數的情況
void Fun()
{cout << "f()" << endl;
}void Fun(int a = 10)
{cout << "f(int a)" << endl;
}int main()
{Fun();     //無參調用會出現歧義Fun(1);    //調用的是第二個return 0;
}
? ? ?上面代碼中的兩個Fun函數構成函數重載，編譯可以通過，因為第一個沒有參數，第二個有一個整型參數，屬于上面的參數個數不同的情況。但是Fun函數存在一個問題：在沒有參數調用的時候會產生歧義，因為有缺省參數，所以對兩個Fun函數來說，都可以不傳參。

注意：返回值的類型與函數是否構成重載無關。

📒1.3 C++支持函數重載的原理

? ? ?在C/C++中，一個程序要運行起來，需要經歷以下幾個階段：預處理、編譯、匯編、鏈接。

? ? ?我們想理解清楚函數重載，還要了解函數簽名的概念，函數簽名包含了一個函數的信息，包括函數名、它的參數類型、他所在的類和名稱空間以及其他信息。函數簽名用于識別不同的函數。?C++編譯器和鏈接器都使用符號來標識和處理函數和變量，所以對于不同函數簽名的函數，即使函數名相同，編譯器和鏈接器都認為他們是不同的函數。

Linux環境下采用C語言編譯器編譯后結果

? ? ?可以看出經過gcc編譯后，函數名字的修飾沒有發生改變。這也就是為什么C語言不支持函數重
載，因為同名函數沒辦法區分。

?采用C++編譯器編譯后結果

?其中_Z是固定的前綴；3表示函數名的長度；Add就是函數名；i是int的縮寫，兩個i表示兩個參數都是int類型，d是double的縮寫，兩個d表示兩個參數都是double類型。C++就是通過函數修飾規則來區分，只要參數不同，修飾出來的名字就不一樣，就支持了重載。通過分析可以發現，修飾后的名稱中并不包含任何于函數返回值有關的信息，因此也驗證了上面說的返回值的類型與函數是否構成重載無關。

總結：

C語言之所以沒辦法支持重載，是因為同名函數沒辦法區分。而C++是通過函數修飾規則來區分，只要參數不同，修飾出來的名字就不一樣，就支持了重載。
如果兩個函數函數名和參數是一樣的，返回值不同是不構成重載的，因為調用時編譯器沒辦法區分。
?

二、引用

📒2.1引用的概念

? ? ?引用不是新定義一個變量，而是給已存在變量取了一個別名，編譯器不會為引用變量開辟內存空間，它和它引用的變量共用同一塊內存空間。

類型& 引用變量名(對象名) = 引用實體

int main()
{int a = 0;int& b = a;//定義引用類型，b是a的引用return 0;
}

注意：引用類型必須和引用實體是同種類型的

📒2.2引用的特性

引用在定義時必須初始化
int main()
{int a = 10;int& b;    //錯誤的return 0;
}
在使用引用時，我們必須對變量進行初始化。int& b = a;，這樣的代碼才是被允許的。

一個變量可以有多個引用
int main()
{int a = 10;int& b = a;int& c = a;return 0;
}
上面代碼中，b和c都是a的別名。就像孫悟空一樣，孫行者、悟空也都是他的名字，所以一個變量也可以同時有多個引用。

引用不能改變指向
int main()
{int a = 10;int b = 20;int& c = a;c = b;return 0;
}
? ? ?我們可以看到b和c的地址不同，所以c = b表示的不是c是b引用，而是是把b變量的值賦值給c引用的實體，c依舊是a的引用，所以引用一旦引用一個實體，再不能引用其他實體，也就是引用不能改變指向。

📒2.3引用的使用場景

🎀做參數

引用做參數的意義：

做輸出型參數，即要求形參的改變可以影響實參
提高效率，自定義類型傳參，用引用可以避免拷貝構造，尤其是大對象和深拷貝對象

交換兩個整型變量：?
void Swap(int& num1, int& num2)
{int tmp = num1;num1 = num2;num2 = tmp;
}int main()
{int a = 5;int b = 10;Swap(a,b);return 0;
}
? ? ? 如上代碼，我們可以使用引用做參數實現了兩個數的交換，num1是 a 的引用，和?a?在同一塊空間，對num1的修改也就是對?a 修改，?b 同理，所以在函數體內交換num1和num2實際上就是交換?a 和 b 。以前交換兩個數的值，我們需要傳遞地址，還要進行解引用，相對繁瑣。

交換兩個指針變量：
void Swap(int*& p1, int*& p2)
{int* tmp = p1;p1 = p2;p2 = tmp;
}int main()
{int a = 5;int b = 10;int* pa = &a;int* pb = &b;Swap(pa,pb);return 0;
}
? ? ?如果用C語言來實現交換兩個指針變量，實參需要傳遞指針變量的地址，那形參就需要用二級指針來接收，這顯然十分容易出錯。有了引用之后，實參直接傳遞指針變量即可，形參用指針類型的引用。

🎀做返回值

引用做返回值的意義：

減少拷貝，提高效率。
可以同時讀取和修改返回對象

int& add(int x, int y)
{int sum = x + y;return sum;
}int main()
{int a = 5;int b = 10;int ret = add(a, b);cout << ret << endl;return 0;
}

? ? ?如上代碼，我們使用傳值返回，調用函數要創建棧幀，sum是add函數中的一個局部變量，存儲在當前函數的棧幀中，函數調用結束棧幀銷毀，sum也會隨之銷毀，對于這種傳值返回，會生成一個臨時的中間變量，用來存儲返回值，在返回值比較小的情況下，這個臨時的中間變量一般就是寄存器。

? ? ?如上代碼，傳引用就是給sum起了一個別名，返回的值就是sum的別名，但是這里會出現問題，函數調用結束棧幀銷毀，sum也會隨之銷毀，返回它的值再進行調用就是越界訪問，打印出的值為隨機值。

可是這里的值為什么是正確的呢？這是取決于編譯器的，看編譯器是否會對這塊空間進行清理。

📒2.4傳值和引用性能比較

? ? ?以值作為參數或者返回值類型，在傳參和返回期間，函數不會直接傳遞實參或者將變量本身直接返回，而是傳遞實參或者返回變量的一份臨時的拷貝，因此用值作為參數或者返回值類型，效率是非常低下的，尤其是當參數或者返回值類型非常大時，效率就更低。

struct A
{int a[100000];
};void TestFunc1(A a)
{;
}void TestFunc2(A& a)
{;
}void TestFunc3(A* a)
{;
}//引用傳參————可以提高效率（大對象或者深拷貝的類對象）
void TestRefAndValue()
{A a;// 以值作為函數參數size_t begin1 = clock();for (size_t i = 0; i < 10000; ++i)//就是單純的調用一萬次這個函數傳一萬次參TestFunc1(a);size_t end1 = clock();// 以引用作為函數參數size_t begin2 = clock();for (size_t i = 0; i < 10000; ++i)TestFunc2(a);//這里直接傳的是變量名size_t end2 = clock();//以指針作為函數參數size_t begin3 = clock();for (int i = 0; i < 10000; i++){TestFunc3(&a);}size_t end3 = clock();// 分別計算兩個函數運行結束后的時間cout << "TestFunc1(A)-time:" << end1 - begin1 << endl;cout << "TestFunc2(A&)-time:" << end2 - begin2 << endl;cout << "TestFunc3(A*)-time:" << end3 - begin3 << endl;
}

????

值和引用的作為返回值類型的性能比較：

struct A
{int a[100000];
};
A a;//全局的，函數棧幀銷毀后還在// 值返回
A TestFunc1()
{return a;
}// 引用返回
A& TestFunc2()
{return a;
}
void TestReturnByRefOrValue()
{// 以值作為函數的返回值類型size_t begin1 = clock();for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)TestFunc1();//就讓他返回不接收size_t end1 = clock();// 以引用作為函數的返回值類型size_t begin2 = clock();for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)TestFunc2();size_t end2 = clock();// 計算兩個函數運算完成之后的時間cout << "TestFunc1 time:" << end1 - begin1 << endl;cout << "TestFunc2 time:" << end2 - begin2 << endl;
}int main()
{TestReturnByRefOrValue();return 0;
}

📒2.5常引用

🎀?權限放大

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

? ? ?上面代碼中，用const定義了一個常變量?a?，然后給a取一個別名?b?，這段代碼在編譯過程中出現了錯誤，這是為什么呢？

? ? ??a?是一個常變量，是不可以被修改的，給?a?取別名為變量 b?，變量b沒有用const修飾，所以不具有常屬性，是可以被修改的，相當于權限的放大，這種情況是不允許的。正確的做法是：

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

🎀?權限縮小

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

? ? ?上面代碼中，給一個普通的變量a取了一個別名b，這個b是一個常引用。這意味著，可以通過a變量去對內存中存儲的數據進行修改，但是不能通過b去修改內存中存儲的數據，但是b會跟著變。

📒2.6引用和指針的區別?

引用在概念上定義一個變量的別名，指針存儲一個變量的地址。
引用在定義時必須初始化，指針沒有要求。
引用在初始化時引用一個一個實體后，就不能再引用其他實體，而指針可以在任何時候指向任何一個同類型實體。
沒有NULL引用，但有NULL空指針。
在sizeof中的含義不同，引用結果為引用類型的大小，但指針始終是地址空間所占字節個數（32位機下占四個字節，64位機下占八個字節）。
引用自加即引用的實體增加1，指針自加即指針向后偏移一個類型的大小。
有多級指針，但是沒多級引用。
訪問實體方式不同。指針顯式解引用，引用編譯器自己做處理。
引用比指針使用起來相對更安全。

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