【C++初阶】C++入门（2）
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文章目录
- 一、函数重载
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- 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
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- 2.1 引用概念
- 2.2 引用特性
- 2.3 常引用
- 2.4 引用的使用场景
- 2.5 传值和引用性能比较
- 2.6 引用和指针区别
- 三、内联函数
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- 3.1 概念
- 3.2 特性
- 四、auto关键字（C++11）
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- 4.1 类型别名思考
- 4.2 auto简介
- 4.3 auto的使用细则
- 4.4 auto不能推导的场景
- 五、指针空值nullptr（C++11）
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- 5.1 C++98中的指针空值
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) { return left + right; } double Add(double left, double right) { return left + right; } int main() { cout << Add(1, 2) << endl; cout << Add(1.23, 7.8) << endl; return 0; }
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 << "fun()" << endl; } void fun(int a) { cout << "fun(a)" << endl; } int main() { fun(); fun(8); return 0; }
- 参数类型顺序不同
void Test(int a, char b) { cout << "Test(int a,char b)" << endl; } void Test(char a,int b) { cout << "Test(char a,int b)" << endl; } int main() { Test(1, 'i'); Test('i', 1); return 0; }
- 有缺省参数的
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。
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类型& 引用变量名（对象名）=引用实体
int main() { int a = 0; int& b = a; return 0; }注意：引用类型必须和引用实体是同种类型的
应用：
void Swap(int& a, int& b)
{
int tmp = a;
a = b;
b = tmp;
}
数据进行交换，可以不用传指针，可以用引用
2.2 引用特性
- 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 常引用
const修饰的变量，只能读不能写（这里的权限，指的是读和写）
#includeint main() { int a = 0; int& b = a;//权限不变 const int c = 2; int& d = c;//这里是错误的，权限不能被放大 const int x = 3; const int& y = x;//这里是可以的，权限不变 int m = 6; const int& n = m;//这里是可以的，权限缩小 return 0; } 取别名原则：对于引用类型，权限只能缩小，不能放大
临时变量具有常性
#includeint main() { int a = 10; int& b = a; const int& c = 20;//常量也可以取别名 double d = 15.3; int f = d;//在这里，相当于f把自己的整数部分给一个临时变量，临时变量把值赋给f（临时变量具有常性） const int& e = d;//这里的e不是d的引用，而是临时变量的引用 return 0; }
2.4 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。
2.5 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;
}
int main()
{
TestRefAndValue();
return 0;
}
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;
}
2.6 引用和指针区别
- 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。
三、内联函数
3.1 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 ，没有函数调用建立栈帧的开销，内联函数提升程序运行的效率。
在函数前增加 inline 关键字将其改成内联函数，在编译期间编译器会用函数体替换函数的调用。 inline存在的意义：
- 解决宏函数晦涩难懂、容易写错
- 宏不支持调试
优点：
- debug支持调试
- 不易写错，就是普通函数的写法
- 提升程序的效率
3.2 特性
- inline 是一种 以空间换时间 的做法，省去调用函数额开销。所以 代码很长（大于10行） 或者有 循环 / 递归 的函数不适宜使用作为内联函数。
- 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 的函数体内有循环 / 递归等等，编译器优化时会忽略掉内联。
- inline 不建议声明和定义分离 （头文件中，两个都写），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。
四、auto关键字（C++11）
4.1 类型别名思考
随着程序越来越复杂，程序中用到的类型也越来越复杂，经常体现在：
-
类型难于拼写
-
含义不明确导致容易出错
auto可以自动定义类型，根据等号后面的变量
C++中，typeid(A).name();可以知道A的类型是什么
4.2 auto简介
在早期 C/C++ 中 auto 的含义是：使用 auto 修饰的变量，是具有自动存储器的局部变量
C++11 中，标准委员会赋予了 auto 全新的含义即： auto 不再是一个存储类型指示符，而是作为一个新的类型 指示符来指示编译器， auto 声明的变量必须由编译器在编译时期推导而得 。
使用 auto 定义变量时必须对其进行初始化 ，在编译阶段编译器需要根据初始化表达式来推导 auto 的实际类 型 。因此 auto 并非是一种 “ 类型 ” 的声明，而是一个类型声明时的 “
占位符” ，编译器在编译期会将 auto 替换为 变量实际的类型 。
4.3 auto的使用细则
- auto与指针和引用结合起来使用
用 auto 声明指针类型 时，用 auto 和 auto* 没有任何区别，但用 auto 声明引用类型时则必须加 &
（auto*定义的必须是指针类型）
- 在同一行定义多个变量
当在同一行声明多个变量时，这些变量必须是相同的类型，否则编译器将会报错，因为编译器实际只对 第一个类型进行推导，然后用推导出来的类型定义其他变量 。
auto意义之一：类型很长时，懒得写，可以让他自动推导。
4.4 auto不能推导的场景
-
auto 不能作为函数的参数以及函数的返回值
// 此处代码编译失败，auto不能作为形参类型，因为编译器无法对a的实际类型进行推导 void TestAuto(auto a) {} -
auto 不能直接用来声明数组
void TestAuto() { int a[] = {1,2,3}; auto b[] = {4，5，6}; } -
为了避免与C++98中的auto发生混淆，C++11只保留了auto作为类型指示符的用法
-
auto 在实际中最常见的优势用法就是跟以后会讲到的 C++11 提供的新式 for 循环，还有 lambda 表达式等进行配合使用。
五、指针空值nullptr（C++11）
5.1 C++98中的指针空值
//指针初始化
int* p1 = NULL;
int* p2 = 0;
int* p3 = nullptr;//建议用这一种
在 C++98 中，字面常量 0 既可以是一个整形数字，也可以是无类型的指针 (void*) 常量，但是编译器默认情况下将其看成是一个整形常量，如果要将其按照指针方式来使用，必须对其进行强转(void *)0 。
注意：
- 在使用 nullptr 表示指针空值时，不需要包含头文件，因为 nullptr 是 C++11 作为新关键字引入的
- 在 C++11 中， sizeof(nullptr) 与 sizeof((void)0) 所占的字节数相同*
- 为了提高代码的健壮性，在后续表示指针空值时建议最好使用 nullptr
