【C++之语法篇002】

C++学习笔记---002

  • C++知识语法篇
    • 1、缺省参数
      • 1.1、什么是缺省参数?
      • 1.2、缺省参数分类
      • 1.3、缺省参数的总结
    • 2、函数重载
      • 2.1、什么是函数重载?
      • 2.2、C支持函数重载?
      • 2.3、那么对于函数重载，函数名相同该如何处理?
      • 2.4、那么C++是如何支持重载？
    • 3、引用
      • 3.1、什么是引用？
      • 3.2、引用可做参数
      • 3.3、引用的特性
      • 3.4、引用和指针的关系
      • 3.5、常引用
      • 3.6、引用的作用
      • 3.7、野引用
      • 3.8、引用的总结

C++知识语法篇

前言：
前篇内容对于C++有一个基本认识，这篇文章开始将学习C++与C语言优化后的语法知识部分。
/知识点汇总/

1、缺省参数

1.1、什么是缺省参数?

概念：
缺省参数是用来声明或定义函数时为函数的参数指定一个缺省值。
在调用该函数时，如果没有指定实参则采用该形参的缺省值，否则使用指定的实参。

#include <iostream>
void Func(int a = 0)//缺省参数（形参）
{std::cout << a << std::endl;
}
int main()
{Func();//0,没有传参时，使用参数的默认值Func(10);//10,传参数时，使用指定的实参return 0;
}

1.2、缺省参数分类

1.全缺省参数
2.半缺省参数
另外，比如有三个参数，却只传了一个或两个参数，称为半缺省参数。否则，三个参数全是缺省参数时，称为全缺省参数。
值得注意的是，对于多参数的传参时。不能隔开/条约的传参，需从左向右的进行传参。

#include <iostream>
void Func(int a = 1, int b = 2, int c = 3)//缺省参数（形参）
{std::cout << a << std::endl;std::cout << b << std::endl;std::cout << c << std::endl << std::endl;//endl等价于'\n'
}
int main()
{Func();//1,2,3,没有传参时，使用参数的默认值Func(10,20);//10,20,传参数时，使用指定的实参Func(10, 20,30);//不能隔开/条约的传参，需从左向右//Func(, 10, 20);//Func(, , 20);//Func(10, , 20);return 0;
}

1.3、缺省参数的总结

1.缺省参数只能在声明给，而不是在定义时给。否则，编译就会报错，语法参数不匹配
2.所有带缺省的参数必须放在参数列表的右侧，即先定义所有的非缺省参数，再定义缺省参数
3.缺省参数在公共头文件包含的函数声明中指定，不要在函数的定义中指出（如果在函数的定义中指定缺省参数值，在公共头文件包含的函数声明中不能再次指定缺省参数值）
4.缺省参数并不一定是常量表达式，可以是任意表达式，甚至可以通过函数调用给出。如果缺省实参是任意表达式，则函数每次被调用时该表达式被重新求值。但是表达式必须有意义
5.C语言不支持，但C++兼容C
6.实参个数可以与形参不同，即，半缺省和全缺省参数

2、函数重载

前言：自然言语中，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。

2.1、什么是函数重载?

概念：
函数重载是一种特殊情况，C++允许在同一作用域中声明几个类似的同名函数，
但是注意这些同名函数的形参列表（参数个数，类型，顺序）必须不同，常用来处理实现功能类似数据类型不同的问题。

在C++中不仅函数可以重载，运算符也可以重载。
例如：运算符 << , >> 。既可以做移位运算符，也可以做输出，输入运算符。
注意：重载函数的参数个数，参数类型或参数顺序三者中必须有一个不同。

2.2、C支持函数重载?

C语言中，不允许函数名相同，所以不支持
C++中，允许函数名相同，支持重载，但有一定的要求
要求：函数名相同时，需要参数类型不同，构成函数重载。
C++函数重载要求的参数不同，一般有三种形式：
1.参数类型不同；
2.参数顺序不同（本质还是类型不同）；
3.参数个数不同。

举个直观的例子：

#include <iostream>
using namespace std;
int Add(int x, int y)
{cout << "int Add(int x, int y)" << endl;return x + y;
}
double Add(double m, double n)
{cout << "double Add(double m, double n)" << endl;return m + n;
}
void Add(double a, int b)
{cout << "void Add(double a, int b)" << endl;
}
int main()
{Add(1, 2);Add(1.01, 2.02);Add(1.001, 2);return 0;
}

2.3、那么对于函数重载，函数名相同该如何处理?

对于这个问题，不妨回顾一下，底层的编译过程，方便理解。
预处理、编译、汇编、链接分析
以栈的声明和定义为例：stack.h stack.c main.c

执行过程功能指令生成的文件
预处理展开头文件、宏替换、条件编译、去掉注释-E stack.i main.imain.i
编译语法、词法分析，检查语法，生成汇编代码-S stack.s main.smain.s
汇编把汇编翻译成二进制机器语言，生成目标文件-c stack.o main.omain.o
链接匹配符号表，结合目标文件（动态/静态链接），生成可执行程序main.exe

其中链接过程的关键：符号表 --> 匹配： 函数名和函数地址

另外从函数的栈帧与销毁的角度分析，汇编中call 函数名、函数名地址（就是执行函数的入口地址，第一条语句的地址），类比数组，数组名就是首元素地址，本质就是执行对应的指令
补充：
程序中当函数有定义了，才会有函数入口地址。说明只有声明时，是没有函数的地址。只有定义没有声明，即：就是有地址没有call也是不行的。
简述：声明是承诺，定义是兑现，相辅相成的关系

所以对于这个问题可知，C语言不支持重载，因为链接时，直接用函数名去找地址，有同名函数，区分不开。

2.4、那么C++是如何支持重载？

而且当函数的声明和定义分开在不同文件时，怎么分辩？不得不提出C++对于C语言进行的优化，函数名修饰规则。
C++链接过程也会生成一个符号表，符号表里除了函数名，还存着函数的修饰名，修饰名记录保存着函数的地址。
在调用函数时，编译器会通过符号表里查看修饰名来得到函数的地址实现调用；
本质就是把参数带入进行修饰，完成函数名修饰规则，实现符号表的查表，解决函数名相同的处理。
但是请注意，对于不同的编译器，底层的规范有所不同，但原理相同。

为了方便理解，就以典型的Linux中的链接举例。
比如典型的linux环境下，是以_Znntt…(可这样理解：_Z是格式+n是函数名长度+n(函数名name)+tt…(1个/多个参数的类型type))格式的函数名修饰规则

int Add(int x, int y);
double Add(double m, double n);
void Add(double a, int b);
int A(int x, int y);
int main()
{//转汇编观察Add(1, 2);//call _Z3AddiiAdd(1.01, 2.02);//call _Z3AddddAdd(1.001, 2);//call _Z3AdddiA(1, 2);//call _Z1Aiireturn 0;
}

再了解一下同样的代码，比如Vs2019环境下，是以 ?n@@YAttt@Z(理解记忆：?格式+n(函数名name)+@@YA格式+ttt…(返回值类型+参数类型)+@Z格式)

int Add(int x, int y);
double Add(double m, double n);
void Add(double a, int b);
void A(int x, int y);int main()
{Add(1, 2);//call   ?Add@@YAHHH@ZAdd(1.01, 2.02);//call ? Add @@YA NNN @ZAdd(1.001, 2);//call ? Add @@YA XNH @ZA(1, 2);//call ? A @@YA XHH @Zreturn 0;
}
char --- D
int ---- H
double --- N
void --- X
.....

在这里插入图片描述

3、引用

3.1、什么是引用？

概念：
引用不是新定义一个变量，而是给已存在的变量起一个别名，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。
所以改变引用（别名）的值，就可以改变原变量的值

格式：类型&引用变量名（C++称为对象名） = 引用实体

int a = 10;
int& b = a;
b = 20;  --->  a=b=20

举例：

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{int a = 0;//引用，b就是a的别名int& b = a;cout << &b << endl;cout << &a << endl;b++;a++;int& c = a;int& d = c;d++;return 0;
}

3.2、引用可做参数

引用常见于作为参数使用。

#include <iostream>
using namespace std;
void Swap(int* a, int* b)
{int tmp = *a;*a = *b;*b = tmp;
}
// 引用做参数
void Swap(int& a, int& b)
{int tmp = a;a = b;b = tmp;
}
int main()
{int x = 0;int y = 1;Swap(&x, &y);Swap(x, y);return 0;
}

3.3、引用的特性

1.引用必须初始化
2.引用无法改变指向，所以无法完全替换指针

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{int a = 0;//1.引用必须初始化//int& b;//b = c;//2.引用定义后，不能改变指向int& b = a;int c = 2;b = c;//这句是赋值，并不是改变指向//3.一个变量可以有多个引用，多个别名int& d = b;return 0;
}

3.4、引用和指针的关系

指针和引用的功能是类似的，存在重叠性的；
C++的引用，对指针使用比较复杂的场景下能更好的进行替换，让代码更间接易理解，但是不能完全替代掉指针。
引用不能完全替代指针的原因：引用定义后，不能改变指向。
比如典型的链表，指针可以指向下一个结点，上一个结点，而引用无法改变其指向

#include <iostream>
using namespace std;
struct Node
{struct Node* next;struct Node* prev;int val;
};
//一级指针
void Pushback(struct Node* phead, int x)
{phead = newnode;
}
//对比 
//二级指针
void Pushback(struct Node** phead, int x)
{*phead = newnode;
}
//引用
void Pushback(struct Node*& phead, int x)
{phead = newnode;
}
int main()
{struct Node* plist = NULL;return 0;
}

#include <iostream>
using namespace std;
typedef struct Node
{struct Node* next;struct Node* prev;int val;
}Node,*PNode;//对比：二级指针和typedef+引用
void Pushback(Node** phead, int x)
{*phead = newnode;
}
void Pushback(PNode& phead, int x)
{phead = newnode;
}
int main()
{PNode plist = NULL;return 0;
}

3.5、常引用

const对引用变量的影响。

void text()
{const int a = 10;//int& ra = a;   //编译出错，a是常量const int& ra = a;//int& b = 10;  //编译出错，b是常量const int& b = 10;double d = 12.34;//int& rd = d;   //编译出错，类型不同const int& rd = d;
}

3.6、引用的作用

1.引用作为参数（a.输出型参数，b.作为传出参数，对象比较大时，可明显减少拷贝，提高效率）
2.引用做返回值（a.修改返回对象，b.减少拷贝，提高效率）

void Swap(int& a, int& b);
int* preorderTreversal(struct TreeNode* root, int* returnSize);
int* preorderTreversal(struct TreeNode* root, int& returnSize);

对象比较大时，可明显减少拷贝，提高效率
指针也可以，引用这种场景更据性价比

#include <iostream>
#include <time.h>
using namespace std;struct A
{ int a[100000]; 
};
void TestFunc1(A a) {}
void TestFunc2(A& a) {}
void main()
{A a;// 以值作为函数参数size_t begin1 = clock();for (size_t i = 0; i < 10000; ++i)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);size_t end2 = 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;
}

3.7、野引用

类似于局部变量，返回变量出了函数作用域其生命周期就结束了，那么就不能用引用返回变量数据。
那么什么时候使用可以用引用返回？
1.static修饰变量 --静态变量
2.全局变量
3.堆区的变量

#include <iostream>
using namespace std;
//int func()
//{
//	int a = 0;
//	return a;
//}
//返回a的别名，但是此时函数结束后栈区上会销毁，那么去访问a属于非法访问，形成野引用。
//非法访问导致随机值。
int& func()
{int a = 0;return a;
}
int& fun()
{int a = 0;return a;
}
int main()
{int ret = func();//开辟一个整型空间//语法概念上引用就是一个别名，没有独立空间//int& ret = func();//并且此时给a的别名起了一个别名。导致两次非法访问，野引用。cout << "ret = " << ret << endl;fun();cout << "ret = " << ret << endl;return 0;
}

语法概念上引用就是一个别名，没有独立空间，和其引用实体共用同一块空间。
在底层实现上实际是有空间的，因为引用是按照指针方式来实现的。
纯C++写法：引出：1.结构体中可直接定义函数。2.引用作返回值

#include <iostream>
#include <assert.h>
using namespace std;
//C++ 结构体 == 类
struct SeqList
{//成员变量int* a;int size;int capacity;//成员函数void Init(){a = (int*)malloc(sizeof(int) * 4);size = 0;capacity = 0;}void PushBack(int x){//判容量if (size == capacity){int newcapacity = capacity == 0 ? 4 : capacity * 2;int* tmp = (int*)realloc(a, sizeof(int) * newcapacity);if (tmp == NULL){perror("realloc fail");return;}a = tmp;capacity = newcapacity;}a[size++] = x;capacity--;}//引用别名，结合了SLModity和SLGet//由此可见：引用别名具备双重功能int& SLGet(int pos){assert(pos >= 0);assert(pos < size);return a[pos];}//提前了解C++更优的写法;int& operator[](int pos){assert(pos >= 0);assert(pos < size);return a[pos];}
};
int main()
{SeqList s;s.Init();s.PushBack(1);s.PushBack(2);s.PushBack(3);s.PushBack(4);for (int i = 0; i < s.size; i++){//cout << "SLGet=" << s.SLGet(i) << endl;cout << "SLGet=" << s[i] << endl;//等价原型：//cout << "SLGet=" << s.operator[](i) << endl;}cout << endl;for (int i = 0; i < s.size; i++){//if (s.SLGet(i) % 2 == 0)//{//	s.SLGet(i) *= 2;//}if (s[i] % 2 == 0){s[i] *= 2;}}for (int i = 0; i < s.size; i++){//cout << "SLGet=" << s.SLGet(i) << endl;cout << "SLGet=" << s[i] << endl;//等价原型：//cout << "SLGet=" << s.operator[](i) << endl;}cout << endl;free(s.a);return 0;
}

3.8、引用的总结

(1).引用和指针的区别：

1.在语法概念上引用就是一个别名，没有独立空间，和其引用实体共用同一块空间。
2.在底层实现上实际是有空间的，因为引用是按照指针方式来实现的。

(2).引用和指针的不同点:

  1. 引用概念上定义一个变量的别名，指针存储一个变量地址。
  2. 引用在定义时必须初始化，指针可以初始化。可以不初始化。
  3. 引用在初始化时引用一个实体后，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；即：引用不能改变指向，而指针可以灵活更变指向。
  4. 没有NULL引用，但有NULL指针
  5. 在sizeof中含义不同：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位平台下占4个字节)
  6. 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
  7. 有多级指针，但是没有多级引用
  8. 访问实体方式不同，指针需要显式解引用，引用编译器自己处理
  9. 引用比指针使用起来相对更安全，没有NULL引用，但有NULL指针，容易出现野指针，但不容易出现野引用，但存在野引用。

(3)引用的作用:

1.引用作为参数（a.输出型参数，b.作为传出参数，对象比较大时，可明显减少拷贝，提高效率）
2.引用做返回值（a.修改返回对象，b.减少拷贝，提高效率）

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