『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：
- 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。
- 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是 a 的引用，和 a 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num1和num2实际上就是交换 a 和 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起了一个别名，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 a ，然后给a取一个别名 b ，这段代码在编译过程中出现了错误，这是为什么呢？
a 是一个常变量，是不可以被修改的，给 a 取别名为变量 b ，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。