【C++】函数重载 & 引用 & 内联函数-CSDN博客

目录

一函数重载

1函数重载的概念

2C++支持函数重载的原理

二引用

1引用概念

2引用特性

3常引用

4做参数

5做返回值

6传值、传引用效率比较

7值和引用的作为返回值类型的性能比较

8引用和指针的区别

三内联函数

1概念

2特性

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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。

第一个呢就是【参数类型不同】

#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;
}

第二种就是【参数个数不同】 

// 2、参数个数不同
void f()
{
	cout << "f()" << endl;
}

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

第三种就是【参数类型顺序不同 】

// 3、参数类型顺序不同
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;
}

这里我给大家演示一下

#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;
}

// 2、参数个数不同
void f()
{
	cout << "f()" << endl;
}
void f(int a)
{
	cout << "f(int a)" << endl;
}

// 3、参数类型顺序不同
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;
}

int main()
{
	Add(10, 20);
	Add(10.1, 20.2);

	f();
	f(10);

	f(10, 'a');
	f('a', 10);
	return 0;
}

可以看到即使函数名称一样编译器也能精准的找到我们所需要调用的函数

2C++支持函数重载的原理

为什么C++支持函数重载而C语言不支持函数重载呢

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

其实吧原理挺复杂的博主直接讲重点也更好理解一点

用一段代码来进行阐述

#include<iostream>
using namespace std;

int add(int a, int b)
{
	return a + b;
}

void func(int a, double b, int* p)
{ }

int main()
{
	add(1, 2);
	func(1, 2, 0);
	return 0;
}

通过下面我们可以看出 C语言 的函数修饰后名字不变。而 C++ 的函数修饰后变成【_Z+函数长度 +函数名+类型首字母】。

采用C语言编译器编译后结果

结论在linux下采用gcc编译完成后函数名字的修饰没有发生改变。

采用C++编译器编译后结果

结论在linux下采用 C++ 编译完成后函数名字的修饰发生改变编译器将函数参数类型信息添加到修改后的名字中

随后再程序运行至【链接】的部分C语言的编译器调用函数只会根据函数名称去找函数而 C++ 的话调用函数会根据函数的参数类型信息来找相对应的函数

通过这里就理解了 C语言 没办法支持重载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。

还有一点昂 

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

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。

比如李逵在家称为"铁牛"江湖上人称"黑旋风"

用法 

类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体

void TestRef()
{
    int a = 10;
    int& ra = a;//<====定义引用类型
    printf("%p\n", &a);
    printf("%p\n", &ra);
}

ra 和 a 是一样的同根同源只是名称不同仅此而已

注意引用类型必须和引用实体是同种类型的

2引用特性

1引用在定义时必须初始化

2一个变量可以有多个引用

3引用一旦引用一个实体再不能引用其他实体

void TestRef()
{
	int a = 10;
	int b = 8;
	// int& ra;   // 该条语句编译时会出错
	int& ra = a;
	// int& ra=b; //会报错
	int& rra = a;
	printf("%p %p %p\n", &a, &ra, &rra);
}

这里可以看到地址都是一样的其本质都是一样的只是名称不同

3常引用

话不多说直接上图

void TestConstRef()
{
    const int a = 10;
    //int& ra = a;   // 该语句编译时会出错a为常量
    const int& ra = a;
}

其实这本质是权限问题上面 a 是个常量是不可变的如果被引用了那么引用的对象也应该不能被改变如果可以被改变的话那么就相当于 a 赋予 ra 的权限过大是会报错的不允许的

所以当被引用者为常量时引用者也应是常量

void TestConstRef()
{
    // int& b = 10; // 该语句编译时会出错b为常量
    const int& b = 10;
}

 同理这种情况时引用数也必须是常量

void TestConstRef()
{
    double d = 12.34;
    //int& rd = d; // 该语句编译时会出错类型不同
    const int& rd = d;
}

引用类型必须和引用实体是同种类型的

但是加上 const 之后就可以为什么呢其实 rd 得到的是 d 的临时拷贝这个特殊例子大家特殊记即可

4做参数

我们像以前写的交换函数一般都是用指针

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

而如果用引用的话

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

你看这就方便多了

5做返回值

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

其实引用也是可以做返回值的那这个具体体现在哪里呢

我们来看看下面代码输出什么结果为什么

int& Add(int a, int b)
{
    int c = a + b;
    return c;
}
int main()
{
    int& ret = Add(1, 2);
    cout << "Add(1, 2) is :"<< ret <<endl;
    Add(3, 4);
    cout << "Add(1, 2) is :"<< ret <<endl;
    cout << "Add(1, 2) is :"<< ret <<endl;
    return 0;
}

是不是很神奇

这就涉及到内存了

Add 函数运行结束后该函数对应的栈空间就被回收了即 c 变量就没有意义了

注意空间被回收指的是空间不能使用了但是空间本身还在而 ret 引用的 c 的位置被修改成 7 了因此 ret 的值就改变了

注意如果函数返回时出了函数作用域如果返回对象还在(还没还给系统)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

6传值、传引用效率比较

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。

#include <time.h>
#include<ctime>
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;
}

int main()
{
	TestRefAndValue();
	return 0;
}

结果显而易见引用作为函数参数的效率远高于普通传值

7值和引用的作为返回值类型的性能比较

#include <time.h>
#include<ctime>

struct A { int a[10000]; };
A a;
// 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();
	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;
}

显而易见又是一场毫无悬念的碾压

通过上述代码的比较发现传值和引用在作为传参以及返回值类型上效率相差很大

8引用和指针的区别

在语法概念上引用就是一个别名没有独立空间和其引用实体共用同一块空间

int main()
{
	int a = 10;
	int& ra = a;
	int* b = &a;
	cout << "&a = " << &a << endl;
	cout << "&ra = " << &ra << endl;
	cout << "&b = " << &b << endl;
	return 0;
}

但是引用在底层实现上实际是有空间的因为引用是按照指针方式来实现的

我们来看下引用和指针的汇编代码对比 

引用和指针的不同点:

1引用概念上定义一个变量的别名指针存储一个变量地址。

2引用在定义时必须初始化指针没有要求

3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

4没有NULL引用但有NULL指针

5在 sizeof 中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 位平台下占4个字节)

6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

7有多级指针但是没有多级引用

8访问实体方式不同指针需要显式解引用引用编译器自己处理

9引用比指针使用起来相对更安全

三内联函数

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

int Add(int left, int right)
{
	return left + right;
}

int main()
{
	int ret = 0;
	ret = Add(1,2);
	return 0;
}

 下面是其反汇编代码可以看到函数是一整个被调用会压栈

如果在上述函数前增加 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

此时 Add 函数就是展开的了不用去调用了不会压栈

2特性

1inline 是一种以空间换时间的做法如果编译器将函数当成内联函数处理在编译阶段会用函数体替换函数调用缺陷可能会使目标文件变大优势少了调用开销提高程序运行效率

2 inline 对于编译器而言只是一个建议不同编译器关于 inline 实现机制可能不同一般建 议将函数规模较小(即函数不是很长具体没有准确的说法取决于编译器内部实现)、不是递归、且频繁调用的函数采用 inline 修饰否则编译器会忽略inline特性。

3inline 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

// F.h
#include <iostream>
using namespace std;
inline void f(int i);
// F.cpp
#include "F.h"
void f(int i)
{
 cout << i << endl;
}
// main.cpp
#include "F.h"
int main()
{
 f(10);
 return 0;
}
// 链接错误main.obj : error LNK2019: 无法解析的外部符号 "void __cdecl 
f(int)" (?f@@YAXH@Z)该符号在函数 _main 中被引用

而且一般来说内联函数的出现是为了代替【宏】的

宏的优缺点

优点

1增强代码的复用性。

2提高性能。

缺点

1不方便调试宏。因为预编译阶段进行了替换

2导致代码可读性差可维护性差容易误用。

3没有类型安全的检查 。

C++ 有哪些技术替代宏

1常量定义 换用 const enum

2短小函数定义 换用内联函数