C++第二弹---C++入门(中)

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C++入门

1、函数重载

1.1、函数重载概念

1.2、C++支持函数重载的原理--名字修饰(name Mangling)

3、引用

3.1、引用概念

3.2、引用特性

3.3、常引用

3.4、使用场景

3.5、传值、传引用效率比较

3.5.1、值和引用的作为参数的性能比较

3.5.2、值和引用的作为返回值类型的性能比较

3.6、引用和指针的区别

总结

1、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、参数类型不同

#include<iostream>
using namespace std;
// 1、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()
{Add(10, 20);//自动匹配int类型Add(10.2, 12.5);//自动匹配double类型return 0;
}

2、参数个数不同

#include<iostream>
using namespace std;
// 2、参数个数不同
void f()
{cout << "f()" << endl;
}
void f(int a)
{cout << "f(int a)" << endl;
}
int main()
{f();//自动匹配无参函数f(10);//自动匹配有参函数return 0;
}

3、参数类型顺序不同

#include<iostream>
using namespace std;
// 3、参数类型顺序不同
void f(int a, char b)
{cout << "f(int a,char b)" << endl;
}
void f(char b, int a)
{cout << "f(char b, int a)" << endl;
}
int main()
{f(10, 'a');//按照顺序匹配类型f('a', 10);//按照顺序匹配类型return 0;
}

1.2、C++支持函数重载的原理--名字修饰(name Mangling)

为什么C++支持函数重载，而C语言不支持函数重载呢？
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。

1. 实际项目通常是由多个头文件和多个源文件构成，而通过C语言阶段学习的编译链接，我们可以知道，【当前a.cpp中调用了b.cpp中定义的Add函数时】，编译后链接前，a.o的目标
文件中没有Add的函数地址，因为Add是在b.cpp中定义的，所以Add的地址在b.o中。那么
怎么办呢？
2. 所以链接阶段就是专门处理这种问题，链接器看到a.o调用Add，但是没有Add的地址，就
会到b.o的符号表中找Add的地址，然后链接到一起。
3. 那么链接时，面对Add函数，链接接器会使用哪个名字去找呢？这里每个编译器都有自己的函数名修饰规则。
4. 由于Windows下vs的修饰规则过于复杂，而Linux下g++的修饰规则简单易懂，下面我们使
用了g++演示了这个修饰后的名字。
5. 通过下面我们可以看出gcc的函数修饰后名字不变。而g++的函数修饰后变成【_Z+函数长度+函数名+类型首字母】。

采用C语言编译器编译后结果

结论：在linux下，采用gcc编译完成后，函数名字的修饰没有发生改变。

采用C++编译器编译后结果
结论：在linux下，采用g++编译完成后，函数名字的修饰发生改变，编译器将函数参
数类型信息添加到修改后的名字中。

Windows下名字修饰规则

对比Linux会发现，windows下vs编译器对函数名字修饰规则相对复杂难懂，但道理都
是类似的，我们就不做细致的研究了。
【扩展学习：C/C++函数调用约定和名字修饰规则--有兴趣好奇的uu可以看看，里面
有对vs下函数名修饰规则讲解】
C++函数调用约定

1、通过这里就理解了C语言没办法支持重载，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。

3、引用

3.1、引用概念

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。

比如：李逵，在家称为"铁牛"，江湖上人称"黑旋风"。

定义引用的语法：
类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体；

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{int a = 10;int& ra = a;//<====定义引用类型printf("%p\n", &a);printf("%p\n", &ra);return 0;
}

注意：引用类型必须和引用实体是同种类型的

3.2、引用特性

1. 引用在定义时必须初始化
2. 一个变量可以有多个引用
3. 引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{int a = 10;int& ra; // 该条语句编译时会出错//int& ra = a;//int& rra = a;//printf("%p %p %p\n", &a, &ra, &rra);return 0;
}

3.3、常引用

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{const int a = 10;//int& ra = a; // 该语句编译时会出错，a为常量const int& ra = a;//int& b = 10; // 该语句编译时会出错，b为常量const int& b = 10;double d = 12.34;//int& rd = d; // 该语句编译时会出错，类型不同const int& rd = d;return 0;
}

3.4、使用场景

1. 做参数(a、输出型参数 b、对象比较大，较少拷贝，提高效率)

void Swap(int& left, int& right)
{
int temp = left;
left = right;
right = temp;
}

2. 做返回值(a、修改返回对象 b、较少拷贝，提高效率)

int& Count()
{
static int n = 0;
n++;
// ...
return n;
}

下面代码输出什么结果？为什么？

int& Add(int a, int b)
{
int c = a + b;
return c;
}
int main()
{
int& ret = Add(1, 2);
Add(3, 4);
cout << "Add(1, 2) is :"<< ret <<endl;
return 0;
}

ret是随机值。

注意：

如果函数返回时，出了函数作用域，如果返回对象还在(还没还给系统)，则可以使用
引用返回(全局变量/静态变量/堆上变量等)，如果已经还给系统了，则必须使用传值返回。

3.5、传值、传引用效率比较

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。

3.5.1、值和引用的作为参数的性能比较

#include <time.h>
struct A{ int a[10000]; };
void TestFunc1(A a){}
void TestFunc2(A& a){}
void TestRefAndValue()
{
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;
}

3.5.2、值和引用的作为返回值类型的性能比较

#include <time.h>
struct A{ int a[10000]; };
A a;
// 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();
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;
}

通过上述代码的比较，发现传值和指针在作为传参以及返回值类型上效率相差很大。

3.6、引用和指针的区别

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。

指针和引用的功能是类似的，重叠的。

C++的引用，对指针使用比较复杂的场景进行一些替换，让代码更简单易懂，但是不能完全替代指针。

引用不能完全替代指针的原因：引用定义后，不能改变指向(在链表的实现中就需要经常改变指向)。

int main()
{
int a = 10;
int& ra = a;
cout<<"&a = "<<&a<<endl;
cout<<"&ra = "<<&ra<<endl;
return 0;
}

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。

int main()
{
int a = 10;
int& ra = a;
ra = 20;
int* pa = &a;
*pa = 20;
return 0;
}

我们来看下引用和指针的汇编代码对比：

引用和指针的不同点:

语法：
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，指针没有要求。
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。
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。

底层：

汇编层面上，没有引用，都是指针，引用编译后也转化成指针了。