c++中函数重载的引入及引申出的一些问题分析

1. c++对c的兼容

c++ 在设计之初有一条重要的使命就是兼容c,所以我们写的c程序使用c++编译器也是可以编译通过的; 在一些特别的情况下编译不通过，也可以通过少量的修改使程序编译通过，我们可以认为c++ 在设计之初就是想成为c语言的超集，但这也是一把双刃剑，这个历史包袱也是c++ 如此庞大与复杂的原因之一。

注：即使c++编译器能够将c程序编译通过，也不代表他与c编译器编译出的程序执行结果是一样的，事实上c++编译器和c编译器，对一些c语法的处理并不相同，本文并不会介绍c编译器与c++编译器的所有不同。提出c++对c的兼容，目的是能使读者更好的理解本章内容。

2. c++对于函数重载的支持

2.1 什么是函数重载

• 在C语言中不允许存在两个同名函数，C语言是不支持函数重载的。
• c++ 针对 c语言进行了扩充，c++ 是允许在程序中存在同名函数的，c++ 是支持函数重载的。

  c++中重载函数的形参必须是不同的，要么类型不同，要么个数不同。

2.2 C语言为什么不支持函数重载

• 对如下函数使用gcc进行编译，查看汇编文件 或 目标文件中的符号表：

  gcc -S hello.c -o hello.s	/* 只进行编译，生成汇编文件 */
  gcc -c hello.c -o hello.o	/* 进行编译和汇编， 生成可执行文件 */
  nm hello.o					/* 查看目标文件中的符号表 */
  

  void func1 (void)  {}
  void func2 (int a) {}
  void func3 (int a, int b) {}
  void func4 (int a, char b) {}
  int main (void)
  {
  	return 0;
  }
  

• 符号表如下

  0000000000000000 T func1
  000000000000000b T func2
  0000000000000019 T func3
  000000000000002a T func4
  000000000000003d T main
  

• 结论：
  C语言编译器， 将C语言编译为汇编之后， 直接使用函数名代表函数的地址，所以C语言中如果出现同名函数，编译器没办法办法让一个符号代表两个地址（这不符合汇编语法），链接时也会没有办法分辨应该链接哪个地址。所以c语言在语法层面就禁止出现同名函数。

2.3 c++支持函数重载的原因

• 对如下函数使用g++进行编译，查看汇编文件 或 目标文件中的符号表：

  注：在本文件中使用的四个函数名是相同的，使用gcc编译器是没办法编译通过的，使用g++ 则可编译通过。

  	g++ -S hello.c -o hello.s	/* 只进行编译，生成汇编文件 */
  	g++ -c hello.c -o hello.o	/* 进行编译和汇编， 生成可执行文件 */
  	nm hello.o					/* 查看目标文件中的符号表 */
  

  void func (void)  {}
  void func (int a) {}
  void func (int a, int b) {}
  void func (int a, char b) {}
  int main (void)
  {
      return 0;
  }
  

• 符号表如下：

  000000000000000b T _Z4funci
  000000000000002a T _Z4funcic
  0000000000000019 T _Z4funcii
  0000000000000000 T _Z4funcv
  000000000000003d T main
  

• 结论：
  c++在编译后并不直接使用函数名代表函数入口地址，而是依据形参的不同生成不同的符号，从而解决C语言函数不能重载的问题。

c++编译后的符号命名规则我并没有研究，有兴趣可以自行查阅相关资料。

3.c++针对函数重载对c的兼容策略

3.1 问题引入

通过第二章我们可以看出来，c语言和c++ 在二进制层面并不兼容，比如c++要链接c语言的库，假设 void func (void)是使用C语言编译器编译的库，那么void func (void)在目标文件中就是func,而c++ 调用void func (void) 则会找名为 _Z4funci 的符号，这是找不到的。所以c++和c在二进制层面是不兼容的。

3.2 extern "C"的引入

c++ 引入 extern “C” 来解决上述问题，extern “C” 有两种使用场景：

• 使用c编译器编译的库，在头文件中使用extern “C” 进行修饰，c++ 编译器在使用相关接口时就会采用，c的调用方式进行调用
• 使用c++编译器想要编译出可供C语言调用的库，使用extern “C” 进行修饰，c++ 编译器就会采用c的方式对相关程序进行编译。

总结：我们可以这么理解，c++提供了一种机制extern “C”，使c++可以完全的兼容C语言。

3.3 g++ 对extern “C” 修饰的函数的编译示例

• 编译的命令和代码

  g++ -S hello.c -o hello.s	/* 只进行编译，生成汇编文件 */
  g++ -c hello.c -o hello.o	/* 进行编译和汇编， 生成可执行文件 */
  nm hello.o					/* 查看目标文件中的符号表 */
  

  #ifdef __cplusplus
  extern "C" {
  #endif
  void func1 (void) ;
  void func2 (int a);
  void func3 (int a, int b);
  void func4 (int a, char b);
  #ifdef __cplusplus
  	}
  #endif
  
  void func1 (void)  {}
  void func2 (int a) {}
  void func3 (int a, int b) {}
  void func4 (int a, char b) {}
  int main (void)
  {
  	return 0;
  }
  

• 符号表如下

  0000000000000000 T func1
  000000000000000b T func2
  0000000000000019 T func3
  000000000000002a T func4
  000000000000003d T main
  

注：__cplusplus 是c++ 编译器中定义的宏，用来识别c++编译器。