【与C++的邂逅】—- 函数重载与引用

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📒 数据结构
📒 C++

引言 : 上一篇博客我们了解了C++入门语法的一部分，今天我们来了解函数重载，引用的技术，请放心食用 ~

文章目录

• 一. 🏠 函数重载
• • 📒 函数重载的概念
  • 📒 函数重载的误区
  • • 1.形参顺序不同是不同类型形参顺序不同
    • 2.函数返回值不是构成重载的条件
    • 3.函数在同一作用域才构成重载
    • 4.缺省参数不是构成重载的条件
  • 📒 C++支持函数重载的原因
• 二. 🏠 引用
• • 📒 认识引用
  • 📒 引用特性
  • 📒 常引用
  • 📒 使用场景
  • 📒 传值 传引用 效率比较
  • 📒 引用的大小
  • 📒 引用和指针的区别

一. 🏠 函数重载

void Swap(int x ,int y)
{
   int tmp = 0;
   temp = x;
   x = y;
   y = temp;
}

这个函数想必不会陌生吧，可我们发现这个Swap函数只能交换整形，如果我想同样调用这个函数就能交换浮点型呢？这里C++就给我们提供了函数重载的技术。

📒 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。

我们上代码来感受一下

形参类型不同

#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;
}

形参个数不同

void f()
{
 cout << "f()" << endl;
}
void f(int a)
{
 cout << "f(int a)" << endl;
}

形参顺序不同

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;
}

只要满足一个条件即可发生重载

📒 函数重载的误区

1.形参顺序不同是不同类型形参顺序不同

void f(int a, int b)
{
	cout << "f(int a,char b)" << endl;
}
void f(int b,int a)
{
	cout << "f(int a,char b)" << endl;
}

这里形参顺序不同坑定能正常编译吧老铁，实则不然

注：函数重载形参顺序不同，指的是不同类型形参的顺序不同

2.函数返回值不是构成重载的条件

int func()
{
	cout << "use int func()" << endl;
	return 0;
}
void func()
{
	cout << "use void func(int a)" << endl;
}

对于这段代码同样不能正常编译，函数返回值不作为函数重载的条件，首先函数这里会产生调用歧义（语法上调哪一个都可以），同时函数返回值不一定要接收

3.函数在同一作用域才构成重载

namespace N1
{
	void Mul(int a, int b)
	{
		cout << a * b << endl;
	}
}
namespace N2
{
	void Mul(int a, int b)
	{
		cout << a * b * 2 << endl;
	}
}

此时这两个函数是否构成重载呢？
注：函数重载是要在同一作用域下的，这里N1和N2是两个不同的命名空间域
注：不同域可以定义同名，相同域也可以但要符合重载条件。

那如果我展开他们的命名空间呢？

using namespace N1;
using namespace N2;
Mul(1,2);
Mul(1,3);

此时这两个函数虽然都展开引入了全局域中,但仍然不构成重载,会产生调用歧义。

4.缺省参数不是构成重载的条件

void func(int a = 10)
{
  cout << "func（int a = 10）" << endl;
}
void func(int a = 2)
{
  cout << "func(int a = 2)" << endl;
}

能否构成函数重载呢？编译器会给我们答案

很显然，缺省参数是不构成函数重载的条件的

如果是这样呢？

void func()
{
  cout << "func（int a = 10）" << endl;
}
void func(int a = 2)
{
  cout << "func(int a = 2)" << endl;
}

此时两个函数确实构成重载，但会发生调用歧义。

📒 C++支持函数重载的原因

我们知道在C语言中函数不能同名，那为什么C++就支持重载，C语言不支持呢？我们得先来回顾一下编译和链接的过程

• C语言

  编译链接的过程大致如下，可以参考博主之前写的文章编译与链接
  
  在链接时，我们会进行符号决议和重定位，也就是我们调用函数时，编译器会根据函数名符号表中的符号去找函数地址，与我们.c文件调用的符号链接起来

补充：

1. 在只有函数声明的文件中，在编译过程中没有函数的地址，但能通过语法检查
2. 有函数定义才能形成一系列的汇编指令，函数定义的第一条就是函数的地址

总结：C语言直接通过函数名字去查找函数，这样无法区分，故不支持重栽

• C++
  与C语言不同的是，C++在链接时是通过修饰后的函数名去查找，可以起到区分的作用，因此支持重载。

具体是怎么重载的呢?我们上图

//g++编译器 Linux环境
void f(int a,char b);
void f(char a,int b);

我们可以发现由于形参列表的不同(c表示char i表示int），构成了修饰名的不同,编译器将函数参数类型信息添加到原函数名后

小补充：在不同的平台，函数名的修饰规则是不同的。

windows系统

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。

二. 🏠 引用

📒 认识引用

• 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。

• 引用的语法形式

类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体；// 注意引用类型要和它的引用实体的类型相同

int a = 10;
int& b = a;
cout << &a << endl;
cout << &b << endl;
int* p = &a;
int* & =  p;
double d = 1.0;
double& pd = d;

输出
008FF838
008FF838 // 引用和变量确实共用一块空间

📒 引用特性

• 引用定义时必须初始化

int x = 0;
int& a = x;

• 一个变量可以有多个引用

int x = 0;
int & a = x;
int & b = x;
int & c = b;
c++;//这里c改变a b x都会改变

• 引用一旦初始化，不可改变引用实体

int a = 0;
int b = 1;
int& pa = a;
pa = b ; //这里是把b的值赋给a/pa;

📒 常引用

权限的平移

int x = 0;
int &y = x ;
//引用
const int m = 10;//此时m是只读
const int & pm = m;
//指针
const int* p1 = &m;
const int* p2 = p1;

权限的放大

//引用
const int m = 10;
int& r = m; //此时m只能读取，int&是可读可写 权限放大是不行的

//指针
const int* p1 = &m;
int* p2 = p1;//p1只读 权限放大不可以

//普通变量赋值的拷贝
in p = m; //此时是把m的值拷贝给p，p的修改不影响m

权限的缩小

int x = 0;
//引用
const int& z = x;
//z++不行 因为只能读
//指针
int* p3 = &x;
const int* p4 = p3;

double d = 1.9;
//int& t = d; 会报错
const int& r = d;

int x = 1,y = 0;
const int& r = x + y;
//int& pr = x + y; 会报错

在类型转换和表达式求值时，会产生临时变量（因为要存储他们运算后的结果），而临时变量具有常性（相当于被const修饰，只读），这里用int&接收造成权限的放大。

总结：对于指针和引用权限可以平行缩小，但不能放大；普通变量赋值没有权限之说。

📒 使用场景

• 作为函数的形参

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

• 作为返回值

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

📒 传值 传引用 效率比较

#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;
}

输出结果
“TestFunc1(A)-time:” ：27
“TestFunc2(A&)-time:”：0

总结：传引用比传值效率高出很多，可以认为在语法层面上传引用几乎没开空间

那是否引用真的没开空间呢？

int x = 2;
int* p = &x;
int& pr = x;

我们转到反汇编观察发现，定义引用时其实也是把变量的地址放到引用变量里。
换句话说，引用的底层也是指针，基于这个理解，我们来看下面的问题。

📒 引用的大小

#include<iostream>
using namespace std;
//x64
cout << sizeof(int&) << endl;
cout << sizeof(short&) << endl;
cout << sizeof(long&) << endl;
//x86
cout << sizeof(int&) << endl;
cout << sizeof(short&) << endl;
cout << sizeof(long&) << endl;

输出结果：
x64环境下
4
2
4
x86环境下
4
2
4

总结：引用大小在语法层面上规定是它引用实体类型大小，毕竟引用是一种语法，sizeof没有意义

那如果是这样呢？

#include<iostream>
using namespace std;
struct Test
{
int& age;
}
struct Test t;
cout << sizeof(t)<<endl;

结合我们之前学的结构体内存对齐知识，这里输出结果是否应该等于4？

输出结果：
32位环境下
4
64位环境下
8
//你是否感到疑惑？同时我这里为什么要以环境来区分？

实际上，结合我们之前的结论引用底层实质是个地址，当我们用结构体定义出一个实际的对象时，底层就有了蓝图，那就需要去翻译和识别它是个指针类型了。

📒 引用和指针的区别

学到知识的小伙伴，不妨给小庄一个三连呀 ~