『C++成长记』C++入门—— 函数重载引用

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目录

一、函数重载

📒1.1函数重载的概念

📒1.2函数重载的种类

📒1.3 C++支持函数重载的原理

二、引用

📒2.1引用的概念

📒2.2引用的特性

📒2.3引用的使用场景

📒2.4传值和引用性能比较

📒2.5常引用

📒2.6引用和指针的区别 


🗒️前言:

在上期的学习中,我们学习了命名空间和缺省参数,对C++有了初步的认识,本期我们将会学习函数重载和引用等新的概念。

一、函数重载

     自然语言中,一个词可以有多重含义,人们可以通过上下文来判断该词真实的含义,即该词被重载了。 比如:以前有一个笑话,国有两个体育项目大家根本不用看,也不用担心。一个是乒乓球,一个 是男足。前者是“谁也赢不了!”,后者是“谁也赢不了!”

📒1.1函数重载的概念

     函数重载是函数的一种特殊情况,C++允许在同一作用域中声明几个功能类似的同名函数,这些同名函数的形参列表(参数个数或类型或类型顺序)不同,常用来处理实现功能类似数据类型不同的问题。

📒1.2函数重载的种类

  • 参数类型不同
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;
}

     上面的代码定义了两个同名的Add函数,但是它们的参数类型不同,第一个函数的两个参数都是int型,第二个函数的两个参数都是double型,在调用Add函数的时候,编译器会根据所传实参的类型自动判断调用哪个函数。

  • 参数个数不同
void Fun()
{cout << "f()" << endl;
}void Fun(int a)
{cout << "f(int a)" << endl;
}int main()
{Fun();Fun(1);return 0;
}

  • 参数类型顺序不同
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;
}
  • 有缺省参数的情况
void Fun()
{cout << "f()" << endl;
}void Fun(int a = 10)
{cout << "f(int a)" << endl;
}int main()
{Fun();     //无参调用会出现歧义Fun(1);    //调用的是第二个return 0;
}

     上面代码中的两个Fun函数构成函数重载,编译可以通过,因为第一个没有参数,第二个有一个整型参数,属于上面的参数个数不同的情况。但是Fun函数存在一个问题:在没有参数调用的时候会产生歧义,因为有缺省参数,所以对两个Fun函数来说,都可以不传参。

注意:返回值的类型与函数是否构成重载无关。

📒1.3 C++支持函数重载的原理

     在C/C++中,一个程序要运行起来,需要经历以下几个阶段:预处理、编译、汇编、链接。

     我们想理解清楚函数重载,还要了解函数签名的概念,函数签名包含了一个函数的信息,包括函数名、它的参数类型、他所在的类和名称空间以及其他信息。函数签名用于识别不同的函数。 C++编译器和链接器都使用符号来标识和处理函数和变量,所以对于不同函数签名的函数,即使函数名相同,编译器和链接器都认为他们是不同的函数。

Linux环境下采用C语言编译器编译后结果

     可以看出经过gcc编译后,函数名字的修饰没有发生改变。这也就是为什么C语言不支持函数重
载,因为同名函数没办法区分。

 采用C++编译器编译后结果

 其中_Z是固定的前缀;3表示函数名的长度;Add就是函数名;i是int的缩写,两个i表示两个参数都是int类型,d是double的缩写,两个d表示两个参数都是double类型。C++就是通过函数修饰规则来区分,只要参数不同,修饰出来的名字就不一样,就支持了重载。通过分析可以发现,修饰后的名称中并不包含任何于函数返回值有关的信息,因此也验证了上面说的返回值的类型与函数是否构成重载无关。

总结:

  1. C语言之所以没办法支持重载,是因为同名函数没办法区分。而C++是通过函数修饰规则来区分,只要参数不同,修饰出来的名字就不一样,就支持了重载。
  2. 如果两个函数函数名和参数是一样的,返回值不同是不构成重载的,因为调用时编译器没办法区分。
     

二、引用

📒2.1引用的概念

     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

  • 类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体
int main()
{int a = 0;int& b = a;//定义引用类型,b是a的引用return 0;
}

注意:引用类型必须和引用实体是同种类型的

📒2.2引用的特性

  • 引用在定义时必须初始化
int main()
{int a = 10;int& b;    //错误的return 0;
}

在使用引用时,我们必须对变量进行初始化。int& b = a;,这样的代码才是被允许的。

  • 一个变量可以有多个引用
int main()
{int a = 10;int& b = a;int& c = a;return 0;
}

上面代码中,b和c都是a的别名。就像孙悟空一样,孙行者、悟空也都是他的名字,所以一个变量也可以同时有多个引用。

  • 引用不能改变指向
int main()
{int a = 10;int b = 20;int& c = a;c = b;return 0;
}

     我们可以看到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变量的值赋值给c引用的实体,c依旧是a的引用,所以引用一旦引用一个实体,再不能引用其他实体,也就是引用不能改变指向。

📒2.3引用的使用场景

🎀做参数

引用做参数的意义:

  • 做输出型参数,即要求形参的改变可以影响实参
  • 提高效率,自定义类型传参,用引用可以避免拷贝构造,尤其是大对象和深拷贝对象

交换两个整型变量: 

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;
}

      如上代码,我们可以使用引用做参数实现了两个数的交换,num1 a 的引用,和 在同一块空间,对num1的修改也就是对 a 修改, b 同理,所以在函数体内交换num1num2实际上就是交换 a b 以前交换两个数的值,我们需要传递地址,还要进行解引用,相对繁琐。

交换两个指针变量:

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语言来实现交换两个指针变量,实参需要传递指针变量的地址,那形参就需要用二级指针来接收,这显然十分容易出错。有了引用之后,实参直接传递指针变量即可,形参用指针类型的引用。

🎀做返回值

引用做返回值的意义:

  • 减少拷贝,提高效率。
  • 可以同时读取和修改返回对象
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;
}

     如上代码,我们使用传值返回,调用函数要创建栈帧,sum是add函数中的一个局部变量,存储在当前函数的栈帧中,函数调用结束栈帧销毁,sum也会随之销毁,对于这种传值返回,会生成一个临时的中间变量,用来存储返回值,在返回值比较小的情况下,这个临时的中间变量一般就是寄存器。

     如上代码,传引用就是给sum了一个别名,返回的值就是sum的别名,但是这里会出现问题,函数调用结束栈帧销毁,sum也会随之销毁,返回它的值再进行调用就是越界访问,打印出的值为随机值。

可是这里的值为什么是正确的呢?这是取决于编译器的,看编译器是否会对这块空间进行清理。

📒2.4传值和引用性能比较

     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。

struct A
{int a[100000];
};void TestFunc1(A a)
{;
}void TestFunc2(A& a)
{;
}void TestFunc3(A* a)
{;
}//引用传参————可以提高效率(大对象或者深拷贝的类对象)
void TestRefAndValue()
{A a;// 以值作为函数参数size_t begin1 = clock();for (size_t i = 0; i < 10000; ++i)//就是单纯的调用一万次这个函数传一万次参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);//这里直接传的是变量名size_t end2 = clock();//以指针作为函数参数size_t begin3 = clock();for (int i = 0; i < 10000; i++){TestFunc3(&a);}size_t end3 = 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;cout << "TestFunc3(A*)-time:" << end3 - begin3 << endl;
}

 ​​​

值和引用的作为返回值类型的性能比较:

struct A
{int a[100000];
};
A a;//全局的,函数栈帧销毁后还在// 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();//就让他返回不接收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;
}int main()
{TestReturnByRefOrValue();return 0;
}

📒2.5常引用

🎀 权限放大

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

     上面代码中,用const定义了一个常变量 ,然后给a取一个别名 ,这段代码在编译过程中出现了错误,这是为什么呢?

      是一个常变量,是不可以被修改的,给 取别名为变量 ,变量b没有用const修饰,所以不具有常属性,是可以被修改的,相当于权限的放大,这种情况是不允许的。正确的做法是:

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

🎀 权限缩小

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

     上面代码中,给一个普通的变量a取了一个别名b,这个b是一个常引用。这意味着,可以通过a变量去对内存中存储的数据进行修改,但是不能通过b去修改内存中存储的数据,但是b会跟着变。

📒2.6引用和指针的区别 

  • 引用在概念上定义一个变量的别名,指针存储一个变量的地址
  • 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空指针。
  • 在sizeof中的含义不同,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位机下占四个字节,64位机下占八个字节)。
  • 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,但是没多级引用
  • 访问实体方式不同。指针显式解引用,引用编译器自己做处理。
  • 引用比指针使用起来相对更安全。

本次的内容到这里就结束啦。希望大家阅读完可以有所收获,同时也感谢各位读者三连支持。文章有问题可以在评论区留言,博主一定认真认真修改,以后写出更好的文章。你们的支持就是博主最大的动力。

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