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【C++】C++基础知识

article 2024/11/16 1:58:41

一.函数重载

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必须不同。函数重载常用来处理实现功能类似，而数据类型不同的问题。

#include <iostream>
using namespace std;
int Add(int x, int y)
{
	return x + y;
}

double Add(double x, double y)
{
	return x + y;
}
int main()
{
	cout << Add(1, 2) << endl;//打印1+2的结果
	cout << Add(1.1, 2.2) << endl;//打印1.1+2.2的结果
	return 0;
}

注意：形参列表不同是指参数个数、参数类型或者参数顺序不同，若仅仅是返回类型不同，则不能构成重载。

2.函数重载的原理

为什么C++支持函数重载，而C语言不支持函数重载呢？

我们知道，一个C/C++程序要运行起来都需要经历以下几个阶段：预处理、编译、汇编、链接。

我们知道，在编译阶段会将程序中的每个源文件的全局范围的变量符号分别进行汇总。在汇编阶段会给每个源文件汇总出来的符号分配一个地址（若符号只是一个声明，则给其分配一个无意义的地址），然后分别生成一个符号表。最后在链接期间会将每个源文件的符号表进行合并，若不同源文件的符号表中出现了相同的符号，则取合法的地址为合并后的地址（重定位）。

在C语言中，汇编阶段进行符号汇总时，一个函数汇总后的符号就是其函数名，所以当汇总时发现多个相同的函数符号时，编译器便会报错。而C++在进行符号汇总时，对函数的名字修饰做了改动，函数汇总出的符号不再单单是函数的函数名，而是通过其参数的类型和个数以及顺序等信息汇总出一个符号，这样一来，就算是函数名相同的函数，只要其参数的类型或参数的个数或参数的顺序不同，那么汇总出来的符号也就不同了。

注：不同编译器下，对函数名的修饰不同，但都是一样的。

总结：
C语言不能支持重载，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的，只要函数的形参列表不同，修饰出来的名字就不一样，也就支持了重载。

二.内联

1.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，内联函数的使用可以提升程序的运行效率。
我们可以通过观察调用普通函数和内联函数的汇编代码来进一步查看其优势：

int Add(int a, int b)
{
	return a + b;
}
int main()
{
	int ret = Add(1, 2);

	return 0;
}

原代码的汇编代码：

下图右是函数Add加上inline后的汇编代码

从汇编代码中可以看出，内联函数调用时并没有调用函数这个过程的汇编指令。

2.内联函数的特性

2.1、inline是一种以空间换时间的做法，省了去调用函数的额外开销。由于内联函数会在调用的位置展开，所以代码很长或者有递归的函数不适宜作为内联函数。频繁调用的小函数建议定义成内联函数。

2.2、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的函数体内有递归等，编译器优化时会忽略掉内联。

2.3、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

三.引用

1.引用的概念

引用不是定义一个变量，而是已存在的变量取了一个别名，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。

其使用的基本形式为：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& b = a;//给变量a去了一个别名，叫b
	cout << "a = " << a << endl;//a打印结果为10
	cout << "b = " << b << endl;//b打印结果也是10
	b = 20;//改变b也就是改变了a
	cout << "a = " << a << endl;//a打印结果为20
	cout << "b = " << b << endl;//b打印结果也是为20
	return 0;
}

2.引用的特性

引用在定义时候必须初始化

正确示例：

int a=10;
int& b=a;

错误示例：

int c = 10;
int &d;//定义时未初始化
d = c;

一个变量可以有多个引用

int a = 10;
int& b = a;
int& c = a;
int& d = a;

b、c、d都是变量a的引用。

引用一旦引用了一个实体，就不能再引用其他实体

以下代码，想让b转而引用另一个变量c。

	int a = 10;
	int& b = a;
	int c = 20;
	b = c;//你的想法：让b转而引用c

此时，b已经是a的引用了，b不能再引用其他实体。

该代码的意思是：将b引用的实体赋值为c，也就是将变量a的内容改成了20。

3.常引用

提到，引用类型必须和引用实体是同种类型的。但是仅仅是同种类型，还不能保证能够引用成功，我们若用一个普通引用类型去引用其对应的类型，但该类型被const所修饰，那么引用将不会成功。

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;//正确
	
	//int& b = 10;    //该语句编译时会出错，10为常量
	const int& b = 10;//正确
	return 0;
}

我们可以将被const修饰了的类型理解为安全的类型，因为其不能被修改。我们若将一个安全的类型交给一个不安全的类型（可被修改），那么将不会成功。

4.引用的使用场景

引用做参数

还记得C语言中的交换函数，学习C语言的时候经常用交换函数来说明传值和传址的区别。现在我们学习了引用，可以不用指针作为形参了：

//交换函数
void Swap(int& a, int& b)
{
	int tmp = a;
	a = b;
	b = tmp;
}

引用做返回值

当然引用也能做返回值，但是要特别注意，我们返回的数据不能是函数内部创建的普通局部变量，因为在函数内部定义的普通的局部变量会随着函数调用的结束而被销毁。我们返回的数据必须是被static修饰或者是动态开辟的或者是全局变量等不会随着函数调用的结束而被销毁的数据。

int& Add(int a, int b)
{
	static int c = a + b;
	return c;
}

总结：如果函数返回时，出了函数作用域，返回对象还未还给系统，则可以使用引用返回；如果已经还给系统了，则必须使用传值返回

5.引用和指针的区别

在语法上，引用就是一个别名，没有独立的空间，其和引用实体共用同一块空间。

int main()
{
	int a = 10;
	//在语法上，这里给a这块空间取了一个别名，没有新开空间
	int& ra = a;
	ra = 20;

	//在语法上，这里定义了一个pa指针，开辟了4个字节（32位平台）的空间，用于存储a的地址
	int* pa = &a;
	*pa = 20;
	return 0;
}

然而，在底层，我们可以看到引用实际是有空间的

从汇编角度来看，引用的底层实现也是类似指针存地址的方式来处理的。

6.引用和指针的区别

6.1、引用在定义时必须初始化，指针没有要求。
6.2、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。
6.3、没有NULL引用，但有NULL指针。
6.4、在sizeof中的含义不同：引用的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）。
6.5、引用进行自增操作就相当于实体增加1，而指针进行自增操作是指针向后偏移一个类型的大小。
6.6、有多级指针，但是没有多级引用。
6.7、访问实体的方式不同，指针需要显示解引用，而引用是编译器自己处理。
6.8、引用比指针使用起来相对更安全。