【C++ Primer Plus】第8章 函数探幽

8.1 内联函数

内联函数的运行速度比常规函数稍快，但代价是需要占用更多内存。
要使用这项特性，必须采取下述措施之一：

1. 在函数声明前加上关键字inline；
2. 在函数定义前加上关键字inline。

// 内联函数，按值传递
#include <iostream>
using namespace std;
inline double square(double x) {
    
    return x*x;}
int main(void)
{
    
    
    double a;
    cout << "enter a double number:";
    cin >> a;
    cout << "a = " << a << ", a square = " << square(a) << endl;
    cout << "square(2.1 + 1.9) = " << square(2.1 + 1.9) << endl;    // 16
    return 0;
}

8.2 引用变量

1. 引用是已定义的变量的别名（另一个名称）。
2. 通过将引用变量用作参数，函数将使用原始数据，而不是其副本。
3. 这样除指针之外，引用也为函数处理大型结构提供了一种非常方便的途径，同时对于设计类来说，引用也是必不可少的。

8.2.1 创建引用变量

int rats;
int & rodents = rats; 	// makes rodents an alias for rats

1. 其中，&不是地址运算符，而是类型标识符的一部分。
2. 就像声明中 的char*指的是指向char的指针一样，int &指的是指向int的引用。
3. 上述引用声明允许将rats和rodents互换——它们指向相同的值和内存单元。

// 引用变量
#include <iostream>
using namespace std;
int main(void)
{
    
    
    int a = 10;
    int & b = a;    // 引用变量，必须在声明引用时将其初始化
    int * pa;
    pa = &a;        // 指针变量，可以先声明，再赋值。或者 int * pa = &a;
    int * const pr = &a;    // const指针变量，必须在声明引用时将其初始化。b相当于*pr
    cout << "a = " << a << ", b = " << b << ", *pa = " << *pa << endl;
    cout << "&a = " << &a << ", &b = " << &b << ", pa = " << pa << endl;
    a++;
    cout << "a = " << a << ", b = " << b << ", *pa = " << *pa << endl;
    cout << "&a = " << &a << ", &b = " << &b << ", pa = " << pa << endl;
    b++;
    cout << "a = " << a << ", b = " << b << ", *pa = " << *pa << endl;
    cout << "&a = " << &a << ", &b = " << &b << ", pa = " << pa << endl;
    return 0;
}

out:

a = 10, b = 10, *pa = 10
&a = 0xf091ff614, &b = 0xf091ff614, pa = 0xf091ff614
a = 11, b = 11, *pa = 11
&a = 0xf091ff614, &b = 0xf091ff614, pa = 0xf091ff614
a = 12, b = 12, *pa = 12
&a = 0xf091ff614, &b = 0xf091ff614, pa = 0xf091ff614

可以通过初始化声明来设置引用，但不能通过赋值来设置。

int rats = 101;
int * pt = &rats;
int & rodents = *pt;	// 将rodents初始化为*pt使得rodents指向rats。
int bunnies = 50;		
pt = &bunnies;			// 将pt改为指向bunnies，此时rodents引用的还是rats。

8.2.2 将引用用作函数参数

按引用传递允许被调用的函数能够访问调用函数中的变量。

按指针传递、按引用传递、按值传递，外在区别是声明函数参数的方式不同：

void swapp(int * p, int * q);	// 按指针传递，调用函数时传递的是变量地址
void swapr(int & a, int & b);	// 按引用传递，调用函数时传递的是变量本身
void swapv(int a, int b);		// 按值传递，调用函数时传递的是变量副本

如果程序员的意图是让函数使用传递给它的信息，而不对这些信息进行修改，同时又想使用引用，则应使用常量引用。

double refcube(const double &ra);

传递引用的限制更严格。毕竟，如果ra是一个变量的别名，则实参应是该变量，不能是一个表达式或实数。
对于形参为const引用的C++函数，如果实参不匹配，则其行为类似于按值传递，为确保原始数据不被修改，将使用临时变量来存储值。
如果引用参数是const，则编译器将在下面两种情况下生成临时变量：

1. 实参的类型正确，但不是左值；
2. 实参的类型不正确，但可以转换为正确的类型。

如果函数调用的参数不是左值或与相应的const引用参数的类型不匹配，则C++将创建类型正确的匿名变量，将函数调用的参数的值传递给该匿名变量，并让参数来引用该变量。

左值是什么呢？
左值参数是可被引用的数据对象，例如，变量、数 组元素、结构成员、引用和解除引用的指针都是左值。非左值包括字面 常量（用引号括起的字符串除外，它们由其地址表示）和包含多项的表 达式。在C语言中，左值最初指的是可出现在赋值语句左边的实体，但 这是引入关键字const之前的情况。现在，常规变量和const变量都可视 为左值，因为可通过地址访问它们。但常规变量属于可修改的左值，而 const变量属于不可修改的左值。

应尽可能将引用形参声明为const：

1. 使用const可以避免无意中修改数据的编程错误；
2. 使用const使函数能够处理const和非const实参，否则将只能接受非const数据；
3. 使用const引用使函数能够正确生成并使用临时变量。

8.2.4 将引用用于结构

使用结构引用参数的方式与使用基本变量引用相同，只需在声明结构参数时使用引用运算符&即可。

struct free_throws
{
    
    
    std::string name;
    int made;
    int attempts;
    float percent;
};

free_throws one = {
    
    "Ifelsa Branch", 13, 14};	// 结构初始化时，如果指定的初始值比成员少，余下的成员（这里只有percent）将被设置为零。
free_throws two, three, four, five, dup;

void set_pc(free_throws & ft); 			// 在函数中将指向该结构的引用作为参数

void display(const free_throws & ft); 	// 不希望函数修改传入的结构，可使用const

free_throws & accumulate(free_throws & target, const free_throws & source);	// 返回也是引用，返回引用的函数实际上是被引用的变量的别名。
accumulate(dup,five) = four;			// 首先将five的数据添加到dup中，再使用four的内容覆盖dup的内容。
// 假设您要使用引用返回值，但又不允许执行像给accumulate()赋值 这样的操作，只需将返回类型声明为const引用：
const free_throws & accumulate(free_throws & target, const free_throws & source);
display(accumulate(team, two));

为何要返回引用？

1. double m = sqrt(16.0);在第一条语句中，值4.0被复制到一个临时位置，然后被复制给m。
2. cout << sqrt(25.0);在第二条语句中，值5.0被复制到一个临时位置，然后被传递给cout。
3. dup = accumulate(team,five);如果accumulate()返回一个结构，而不是指向结构的引用，将把整 个结构复制到一个临时位置，再将这个拷贝复制给dup。但在返回值为引用时，将直接把team复制到dup，其效率更高。
4. 返回引用的函数实际上是被引用的变量的别名。

返回引用时最重要的一点是，应避免返回函数终止时不再存在的内存单元引用。 为避免这种问题，最简单的方法是，返回一个作为参数传递给函数的引用。作为参数的引用将指向调用函数使用的数据，因此返回的引用也将指向这些数据。

8.2.5 将引用用于类对象

如果形参类型为const string &，在调用函数时，使用的实参可以是 string对象或C-风格字符串，如用引号括起的字符串字面量、以空字符结尾的char数组或指向 char的指针变量。

string input = "happy";

string version1(const string & s1, const string & s2)
{
    
    
    string temp;
    temp = s2 + s1 + s2;
    return temp;
}
// temp是一个新的string对象，只在函数version1( )中有效，该函数执行完毕后，它将不再存在。因此，返回指向temp的引用不可行。
// 该函数的返回类型为string，这意味着temp的内容将被复制到一个临时存储单元中，
// 然后在main( )中，该存储单元的内容被复制到一个名为 result 的string中：
string result = version1(input, "***");		// 实参（input和“***”）的类型分别是string和const char *。

version1()函数实参和形参类型不一致但是程序可以运行的原因：

1. 首先，string类定义了一种char *到string的转换功能，这使得可以使用C-风格字符串来初始化string对象。
2. 其次，本章前面讨论过的类型为const引用的形参的一 个属性。假设实参的类型与引用参数类型不匹配，但可被转换为引用类型，程序将创建一个正确类型的临时变量，使用转换后的实参值来初始化它，然后传递一个指向该临时变量的引用。

8.2.6 对象、继承和引用

使得能够将特性从一个类传递给另一个类的语言特性被称为继承。
ostream是基类（因为ofstream是建立在它的基础之上的），而ofstream是派生类 （因为它是从ostream派生而来的）。

1. 派生类继承了基类的方法，这意味着ofstream对象可以使用基类的特性，如格式化方法precision( )和setf( )。
2. 基类引用可以指向派生类对象，而无需进行强制类型转换。 例如，参数类型为ostream &的函数可以接受ostream对象（如cout）或您声明的ofstream对象作为参数。

ostream中的格式化方法：

1. 方法setf( )让您能够设置各种格式化状态。

setf(ios_base::fixed);		// 将对象置于使用定点表示法的模式； 
setf(ios_base::showpoint);	// 将对象置于显示小数点的模式，即使小数部分为零。

2. 方法precision( )指定显示多少位小数（假定对象处于定点模式下）
3. 以上两种设置都将一直保持不变，直到再次调用相应的方法重新设置它们。
4. 方法width( )设置下一次输出操作使用的字段宽度，这种设置只在显示下一个值时有效，然后将恢复到默认设置。默认的字段宽度为零，这意味着刚好能容纳下要显示的内容。

// 通过调用同一个函数（只有函数调用参数不同）将数据写入文件和显示到屏幕上
// 该程序要求用户输入望远镜物镜和一些目镜的焦距，然后计算并显示每个目镜的放大倍数。
// 放大倍数等于物镜的焦距除以目镜的焦距，因此计算起来很简单。

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <cstdlib>
using namespace std;
void file_it(ostream & os, double fo, const double fe[],int n);
const int LIMIT = 5;
int main(void)
{
    
    
    ofstream fout;
    const char * fn = "ep-data.txt";
    fout.open(fn);
    if (!fout.is_open())
    {
    
    
        cout << "Can't open " << fn << ". Bye.\n";
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    double objective;
    cout << "Enter the focal length of your "
            "telescope objective in mm: ";
    cin >> objective;
    double eps[LIMIT];
    cout << "Enter the focal lengths, in mm, of " << LIMIT
         << " eyepieces:\n";
    for (int i = 0; i < LIMIT; i++)
    {
    
    
        cout << "Eyepiece #" << i + 1 << ": ";
        cin >> eps[i];
    }
    file_it(fout, objective, eps, LIMIT);   // 将目镜数据写入到文件ep-data.txt中：
    file_it(cout, objective, eps, LIMIT);   // 将同样的信息以同样的格式显示到屏幕上：
    cout << "Done\n";
    return 0;
}

// 参数os（其类型为ostream &）可以 指向ostream对象（如cout），也可以指向ofstream对象（如fout）
void file_it(ostream & os, double fo, const double fe[],int n)
{
    
    
    // ios_base::fmtflags是存储这种信息所需的数据类型名称。
    // 因此，将返回值赋给initial将存储调用file_it( )之前的格式化设置，
    // 然后便可以使用变量initial作为参数来调用setf( )，将所有的格式化设置恢复到原来的值。
    // 因此，该函数将对象回到传递给file_it( )之前的状态。
    ios_base::fmtflags initial;
    initial = os.setf(ios_base::fixed); // save initial formatting state
    os.precision(0);
    os << "Focal length of objective: " << fo << " mm\n";
    os.setf(ios::showpoint);
    os.precision(1);
    os.width(12);       // 这种设置只在显示下一个值时有效
    os << "f.l. eyepiece";
    os.width(15);
    os << "magnification" << endl;
    for (int i = 0; i < n; i++)
    {
    
    
        os.width(12);
        os << fe[i];
        os.width(15);
        os << int (fo/fe[i] + 0.5) << endl;
    }
    os.setf(initial); // restore initial formatting state
}

out：

Focal length of objective: 1800 mm
f.l. eyepiece  magnification
         1.0           1800
         2.0            900
         3.0            600
        34.0             53
         4.0            450

8.2.7 何时使用引用参数

使用引用参数的主要原因有两个：

1. 程序员能够修改调用函数中的数据对象。
2. 通过传递引用而不是整个数据对象，可以提高程序的运行速度。

对于使用传递的值而不作修改的函数：

1. 如果数据对象很小，如内置数据类型或小型结构，则按值传递。
2. 如果数据对象是数组，则使用指针，因为这是唯一的选择，并将指针声明为指向const的指针。
3. 如果数据对象是较大的结构，则使用const指针或const引用，以提高程序的效率。这样可以节省复制结构所需的时间和空间。
4. 如果数据对象是类对象，则使用const引用。类设计的语义常常要求使用引用，这是C++新增这项特性的主要原因。因此，传递类对象参数的标准方式是按引用传递。

对于修改调用函数中数据的函数：

1. 如果数据对象是内置数据类型，则使用指针。
2. 如果看到诸如fixit（&x）这样的代码（其中x是int），则很明显，该函数将修改x。
3. 如果数据对象是数组，则只能使用指针。
4. 如果数据对象是结构，则使用引用或指针。
5. 如果数据对象是类对象，则使用引用。

8.3 默认参数

1. 如何设置默认值呢？必须通过函数原型。char * left(const char * str, int n = 1);
2. 可以只有原型指定了默认值。而函数定义与没有默认参数时完全相同。
3. 对于带参数列表的函数，必须从右向左添加默认值。

int harpo(int n, int m = 4, int j = 5); 		// VALID
// int chico(int n, int m = 6, int j); 			// INVALID
int groucho(int k = 1, int m = 2, int n = 3); 	// VALID

char * left(const char * str, int n = 1);	// 函数原型
char sample[10];
char * ps = left(sample, 4);	// 函数调用
char * pa = left(sample);		// 函数调用，此时默认n=1
char * left(const char * str, int n){
    
    ...}	// 函数定义

8.4 函数重载

1. 函数多态（函数重载）能够使用多个同名的函数。
2. 可以通过函数重载来设计一系列函数——**完成相同的工作，但使用不同的参数列表。**其参数列表也称为函数特征标（function signature）
3. C++允许定义名称相同的函数，条件是它们的特征标不同。如果参数数目和/或参数类型不同，则特征标也不同。
4. 把类型引用和类型本身视为同一个特征标。
5. 匹配函数时，并不区分const和非const变量。将非const值赋给const变量是合法的，但反之则是非法的。

// 不同引用类型的重载：
double x = 55.5;
const double y = 32.0;
stove(x); 		// calls stove(double &)
stove(y); 		// calls stove(const double &)
stove(x+y); 	// calls stove(double &&)
// 如果没有定义函数stove(double &&)，stove(x+y)将调用函数stove(const double &)。

// 函数重载 和 默认参数 的使用
// 由于新left( )的特征标不同于旧的left( )，因此可以在同一个程序中使用这两个函数。

#include <iostream>
using namespace std;
unsigned long left(unsigned long num, unsigned ct = 1);
char * left(const char * str, int n = 1);
int main(void)
{
    
    
    char * trip = "Hawaii!!"; // test value
    unsigned long n = 12345678; // test value
    cout << "n = " << n << ", trip = " << trip << endl;

    cout << "left(n) = " << left(n) << endl;        // 默认第二个参数为1
    cout << "left(n,3) = " << left(n, 3) << endl;   // 自定义第二个参数为3

    char * temp;
    temp = left(trip,5);
    cout << "left(trip,5) = " << temp << endl;
    delete [] temp; // point to temporary storage

    return 0;
}
// This function returns the first ct digits of the number num.
unsigned long left(unsigned long num, unsigned ct)
{
    
    
    unsigned digits = 1;
    unsigned long n = num;
    if (ct == 0 || num == 0)
        return 0; // return 0 if no digits
    while (n /= 10)
        digits++;
    if (digits > ct)
    {
    
    
        ct = digits - ct;
        while (ct--)
            num /= 10;
        return num; // return left ct digits
    }
    else // if ct >= number of digits
        return num; // return the whole number
}
// This function returns a pointer to a new string
// consisting of the first n characters in the str string.
char * left(const char * str, int n)
{
    
    
    if(n < 0)
        n = 0;
    char * p = new char[n+1];
    int i;
    for (i = 0; i < n && str[i]; i++)
        p[i] = str[i]; // copy characters
    while (i <= n)
        p[i++] = '\0'; // set rest of string to '\0'
    return p;
}

out：

n = 12345678, trip = Hawaii!!
left(n) = 1
left(n,3) = 123
left(trip,5) = Hawai

名称修饰?
对原始名称进行的表面看来无意义的修饰（或矫正，因人而异）将对参数数目和类型进行编码。添加的一组符号随函数特征标而异，而修饰时使用的约定随编译器而异。
有了名称修饰，C++可以准确的跟踪每一个重载函数。
long MyFunctionFoo(int, float);内部表示为：?MyFunctionFoo@@YAXH

8.5 函数模板

函数模板是通用的函数描述，也就是说，它们使用泛型来定义函数，其中的泛型可用具体的类型（如int或double）替换。通过将类型作为参数传递给模板，可使编译器生成该类型的函数。

template <typename AnyType>			// 第一行指出，要建立一个模板，并将类型命名为AnyType。
// 关键字 template 和 typename 是必需的，除非可以使用关键字class代替typename。另外，必须使用尖括号。类型名可以任意选择。
void Swap(AnyType &a, AnyType &b)
{
    
    
    AnyType temp;
    temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

1. 模板并不创建任何函数，而只是告诉编译器如何定义函数。
2. 如果需要多个将同一种算法用于不同类型的函数，请使用模板。
3. 如果不考虑向后兼容的问题，并愿意键入较长的单词，则声明类型参数时，应使用关键字typename而不使用class。
4. 在文件的开始位置提供模板函数的原型，并在main( )后面提供模板函数的定义。
5. 函数模板不能缩短可执行程序。使用模板的好处是，它使生成多个函数定义更简单、更可靠。

// 函数模板的定义和使用
#include <iostream>
// function template prototype，这两个函数模板相当于函数重载，函数名字相同，参数即类型不同
template <typename T>   // or class T
void Swap(T &a, T &b);
template <typename T> 	// new template
void Swap(T *a, T *b, int n);
int main()
{
    
    
    using namespace std;
    int i = 10;
    int j = 20;
    cout << "i, j = " << i << ", " << j << ".\n";
    cout << "Using compiler-generated int swapper:\n";
    Swap(i,j);      // generates void Swap(int &, int &)
    cout << "Now i, j = " << i << ", " << j << ".\n";
    double x = 24.5;
    double y = 81.7;
    cout << "x, y = " << x << ", " << y << ".\n";
    cout << "Using compiler-generated double swapper:\n";
    Swap(x,y);      // generates void Swap(double &, double &)
    cout << "Now x, y = " << x << ", " << y << ".\n";
    return 0;
}
// function template definition
template <typename T>   // or class T
void Swap(T &a, T &b)
{
    
    
    T temp;             // temp a variable of type T
    temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

out：

i, j = 10, 20.
Using compiler-generated int swapper:
Now i, j = 20, 10.
x, y = 24.5, 81.7.
Using compiler-generated double swapper:
Now x, y = 81.7, 24.5.

8.5.3 显式具体化

为特定类型提供具体化的模板定义，即具体化函数定义——称为显式具体化（explicit specialization），其中包含所需的代码。

1. 对于给定的函数名，可以有非模板函数、模板函数和显式具体化模板函数以及它们的重载版本。
2. 显式具体化的原型和定义应以template<>打头，并通过名称来指出类型。
3. 具体化优先于常规模板，而非模板函数优先于具体化和常规模板。 当编译器找到与函数调用匹配的具体化定义时，将使用该定义，而不再寻找模板。

// 下面是用于交换job结构的非模板函数、模板函数和具体化的原型：
struct job
{
    
    
    char name[40];
    double salary;
    int floor;
};

void Swap(job &, job &);	// non template function prototype

template <typename T>
void Swap(T &, T &);		// template prototype

template <> void Swap<job>(job &, job &);	// explicit specialization for the job type

在下面的代码中，第一次调用Swap( )时使用通用版本，隐式实例化。而第二次调用使用基于job类型的显式具体化版本。

struct job
{
    
    
    char name[40];
    double salary;
    int floor;
};

template <class T> 	// template
void Swap(T &, T &);

template <> void Swap<job>(job &, job &);	// explicit specialization for the job type
int main()
{
    
    
    double u, v;
    ...
    Swap(u,v); // 隐式实例化：第一次调用Swap( )时使用通用版本
    job a, b;
    ...
    Swap(a,b); // 显示具体化：第二次调用使用基于job类型的显式具体化版本 void Swap<job>(job &, job &)
}

8.5.4 实例化和具体化

• 在代码中包含函数模板本身并不会生成函数定义，它只是一个用于生成函数定义的方案。
• 编译器使用模板为特定类型生成函数定义时，得到的是模板实例（instantiation）。
• 隐式实例化、显式实例化和显式具体化统称为具体化（specialization）。
• 它们的相同之处在于，它们表示的都是使用具体类型的函数定义，而不是通用描述（模板定义）。

1. 隐式实例化

template <class T>
void Swap (T &, T &); // 模板原型
int i, j;
Swap(i, j);			// 隐式实例化
// 函数调用Swap(i, j)导致编译器生成Swap( )的一个实例，该实例使用int类型。
// 模板并非函数定义，但使用int的模板实例是函数定义。
// 因为编译器之所以知道需要进行定义，是由于程序调用Swap( )函数时提供了int参数。

2. 显式实例化

template void Swap<int>(int, int); 			// explicit instantiation

3. 显式具体化

template <> void Swap<int>(int &, int &); 	// explicit specialization
template <> void Swap(int &, int &); 		// explicit specialization

...
template <class T>
void Swap (T &, T &); // template prototype
template <> void Swap<job>(job &, job &); // explicit specialization for job
int main(void)
{
    
    
    ...
    template void Swap<char>(char &, char &); // 显式实例化 for char
    short a, b;
    ...
    Swap(a,b); // 隐式实例化
    job n, m;
    ...
    Swap(n, m); // 显式具体化：使用为job类型提供的独立定义
    char g, h;
    ...
    Swap(g, h); // 使用处理显式实例化时生成的模板具体化
    ...
}

8.5.5 编译器选择使用哪个函数版本

1. 第1步：创建候选函数列表。其中包含与被调用函数的名称相同的函数和模板函数。
2. 第2步：使用候选函数列表创建可行函数列表。这些都是参数数目正确的函数，为此有一个隐式转换序列，其中包括实参类型与相应的形参类型完全匹配的情况。例如，使用float参数的函数调用可以将该参数转换为double，从而与double形参匹配，而模板可以为float生成一个实例。
3. 第3步：确定是否有最佳的可行函数。如果有，则使用它，否则该函数调用出错。

从最佳到最差的顺序如下所述：

1. 先只考虑特征标，而不考虑返回类型。（一些参数因为无法隐式转换排除掉，如整数类型不能被隐式地转换为指针类型。）
2. 完全匹配，但常规函数优先于模板。
3. 提升转换（例如，char和shorts自动转换为int，float自动转换为double）。
4. 标准转换（例如，int转换为char，long转换为double）。
5. 用户定义的转换，如类声明中定义的转换。

struct blot {
    
    int a; char b[10];};
blot ink = {
    
    25, "spots"};
...
recycle(ink);

// 下面的原型都是完全匹配的：
void recycle(blot); 		// #1 blot-to-blot
void recycle(const blot); 	// #2 blot-to-(const blot)
void recycle(blot &); 		// #3 blot-to-(blot &)
void recycle(const blot &); // #4 blot-to-(const blot &)

8.5.6 关键字decltype（C++11）

decltype(expression) var; // make var the same type as expression

decltype(x + y) xpy; // make xpy the same type as x + y
xpy = x + y;
// 合并为一条语句：
decltype(x + y) xpy = x + y;

// 第一步：如果expression是一个没有用括号括起的标识符，则var的类型与该标识符的类型相同，包括const等限定符：
double x = 5.5;
double y = 7.9;
double &rx = x;
const double * pd;
decltype(x) w; 			// w is type double
decltype(rx) u = y; 	// u is type double &
decltype(pd) v; 		// v is type const double *

// 第二步：如果expression是一个函数调用，则var的类型与函数的返回类型相同：
long indeed(int);
decltype (indeed(3)) m; // m is type long

// 第三步：如果expression是一个左值（是用括号括起的标识符），则var为指向其类型的引用。
double xx = 4.4;
decltype((xx)) r2 = xx; // r2 is double &
decltype(xx) w = xx; 	// w is double (Stage 1 match)

// 第四步：如果前面的条件都不满足，则var的类型与expression的类型相同：
int j = 3;
int &k = j
int &n = j;
decltype(j+6) i1; 	// i1 type int
decltype(100L) i2; 	// i2 type long
decltype(k+n) i3; 	// i3 type int; 虽然k和n都是引用，但表达式k+n不是引用；它是两个int 的和，因此类型为int。

C++11后置返回类型：

• 什么时候用？无法预先知道将x和y相加得到的类型。好像可以将返回类型设置为decltype ( x + y)，但不幸的是，此时还未声明参数x和y，它们不在作用域内（编译器看不到它们，也无法使用它们）。必须在声明参数后才能使用decltype。
• 后置返回中auto是一个占位符，表示后置返回类型提供的类型。

// 无法预先知道将x和y相加得到的类型。
// 此时还未声明参数x和y，它们不在作用域内（编译器看不到它们，也无法使用它们）。
// 必须在声明参数后使用decltype。
template<class T1, class T2>
auto gt(T1 x, T2 y) -> decltype(x + y) // decltype在参数声明后面，因此x和y位于作用域内
{
    
    
    ...
    return x + y;
}

8.6 总结

1. C++扩展了C语言的函数功能。通过将inline关键字用于函数定义，并在首次调用该函数前提供其函数定义，可以使得C++编译器将该函数视为内联函数。也就是说，编译器不是让程序跳到独立的代码段，以执行函数，而是用相应的代码替换函数调用。只有在函数很短时才能采用内联方式。
2. 引用变量是一种伪装指针，它允许为变量创建别名（另一个名称）。引用变量主要被用作处理结构和类对象的函数的参数。通常，被声明为特定类型引用的标识符只能指向这种类型的数据；然而，如果一个类（如ofstream）是从另一个类（如ostream）派生出来的，则基类引用可以指向派生类对象。
3. C++原型让您能够定义参数的默认值。如果函数调用省略了相应的参数，则程序将使用默认值；如果函数调用提供了参数值，则程序将使用这个值（而不是默认值）。只能在参数列表中从右到左提供默认参数。因此，如果为某个参数提供了默认值，则必须为该参数右边所有的参数提供默认值。
4. 函数的特征标是其参数列表。程序员可以定义两个同名函数，只要其特征标不同。这被称为函数多态或函数重载。通常，通过重载函数来为不同的数据类型提供相同的服务。
5. 函数模板自动完成重载函数的过程。只需使用泛型和具体算法来定义函数，编译器将为程序中使用的特定参数类型生成正确的函数定义。
6. 具体化优先于常规模板，而非模板函数优先于具体化和常规模板。非模板函数 > 具体化 > 常规模板

8.7 复习题

1. 哪种函数适合定义为内联函数？
   内联函数的代码量一定要小，内联函数不能出现递归。
2. 假设song( )函数的原型如下： void song(const char * name, int times);
   a．如何修改原型，使times的默认值为1？
   b．函数定义需要做哪些修改？
   c．能否为name提供默认值“O. My Papa”？可以，但是此时times也要设置成默认值，因为对于带参数列表的函数，必须从右向左添加默认值。void song(const char * name = "O. My Papa", int times = 1);
3. 编写iquote( )的重载版本——显示其用双引号括起的参数。编写3个版本：一个用于int参数，一个用于double参数，另一个用于string参数。

void iquote(int n){
    
    std::cout << "\"" << n << "\"\n";}
void iquote(double n){
    
    std::cout << "\"" << n << "\"\n";}
void iquote(string n){
    
    std::cout << "\"" << n << "\"\n";}

6. 指出下面每个目标是否可以使用默认参数或函数重载完成，或者这两种方法都无法完成，并提供合适的原型。
   • a. mass(density, volume)返回密度为density、体积为volume的物体的质量，而mass(denstity)返回密度为density、体积为1.0立方米的物体的质量。这些值的类型都为double。
     默认参数double mass(double density, double volume = 1.0);
     函数重载double mass(double density, double volume);和double mass(double density);
   • b. repeat(10, “I’m OK”)将指定的字符串显示10次，而repeat(“But you’re kind of stupid”)将指定的字符串显示5次。
     不能使用默认参数，因为左侧的参数需要设置成次数，而右侧也必须是一个默认值；
     函数重载void repeat(int n, const char *str);和void repeat(const char *str);
   • c. average(3, 6)返回两个int参数的平均值（int类型），而average(3.0, 6.0)返回两个double值的平均值（double类型）。
     可以使用函数模板和函数重载。
   • d. mangle(“I’m glad to meet you”)根据是将值赋给char变量还是char* 变量，分别返回字符I和指向字符串“I’m glad to meet you”的指针。
     参数都是一个字符串指针，形参都是一样的，不能函数重载。
7. 编写返回两个参数中较大值的函数模板。

template <typename AnyType>
AnyType Max(AnyType x, AnyType y)
{
    
    
    if (x > y)
        return x;
    else
        return y;
    // return x > y ? x : y;
}

8. 给定复习题7的模板和复习题4的box结构，提供一个模板具体化，它接受两个box参数，并返回体积较大的一个。

struct box
{
    
    
    char maker[40];
    float height;
    float width;
    float length;
    float volume;
};

template <typename AnyType>
AnyType Max(AnyType x, AnyType y)
{
    
    
    return x > y ? x : y;
}

template <> box Max<box>(box b1, box b2)
{
    
    
    return b1.volume > b2.volume ? b1 : b2;
}

9. 在下述代码（假定这些代码是一个完整程序的一部分）中，v1、v2、v3、v4和v5分别是哪种类型？

int g(int x);
...
float m = 5.5f;
float & rm = m;
decltype(m) v1 = m;		// float, v1由m决定
decltype(rm) v2 = m;	// float &
decltype((m)) v3 = m;	// float &
decltype (g(100)) v4;	// int
decltype (2.0 * m) v5;	// double, 2.0是double

8.8 编程练习

// 1．编写通常接受一个参数（字符串的地址），并打印该字符串的函数。
// 然而，如果提供了第二个参数（int类型），且该参数不为0，
// 则该函数打印字符串的次数将为该函数被调用的次数
// （注意，字符串的打印次数不等于第二个参数的值，而等于函数被调用的次数）。

#include <iostream>
using namespace std;
void show(const char *str, int n = 0);
int main(void)
{
    
    
    show("chai");
    show("come on!");
    show("I love you.", 8);
    return 0;
}
void show(const char *str, int n)
{
    
    
    static int count = 0;   // 调用多次该函数，只初始化一次
    count++;
    if (n == 0)
        cout << str << endl;
    else
    {
    
    
        for (int i=0; i<count; i++)
            cout << str << endl;
    }
}

// 2．CandyBar结构包含3个成员。
// 第一个成员存储candy bar的品牌名称；第二个成员存储candy bar的重量（可能有小数）；第三个成员存储 candy bar的热量（整数）。
// 请编写一个程序，它使用一个这样的函数，即将CandyBar的引用、char指针、double和int作为参数，并用最后3个值设置相应的结构成员。
// 最后3个参数的默认值分别为“Millennium Munch”、2.85和350。
// 另外，该程序还包含一个以CandyBar的引用为参数，并显示结构内容的函数。
// 请尽可能使用const。

#include <iostream>
#include <cstring>
using namespace std;
struct CandyBar
{
    
    
    char name[20];
    float weight;
    int heat;
};
void set_value(CandyBar & aaa, const char *str = "Millennium Munch", const double w = 2.85, const int h = 350);
void show(const CandyBar & aaa);
int main(void)
{
    
    
    CandyBar aaaaa;
    set_value(aaaaa);
    show(aaaaa);
    return 0;
}
void set_value(CandyBar & aaa, const char *str, const double w, const int h)
{
    
    
    strcpy(aaa.name, str);  // 这里使用字符串拷贝函数
    aaa.weight = w;
    aaa.heat = h;
}
void show(const CandyBar & aaa)
{
    
    
    cout << aaa.name << endl;
    cout << aaa.weight << endl;
    cout << aaa.heat << endl;
}

// 3．编写一个函数，它接受一个指向string对象的引用作为参数，并将该string对象的内容转换为大写，为此可使用表6.4描述的函数toupper( )。
// 然后编写一个程序，它通过使用一个循环让您能够用不同的输入来测试这个函数，该程序的运行情况如下：

#include <iostream>
#include <cstring>
#include <cctype>
using namespace std;
void transform(string & str);
int main(void)
{
    
    
    cout << "please enter a string (q to quit):";
    string str;
    getline(cin, str);  // 这里注意
    while (str != "q")
    {
    
    
        transform(str);
        cout << str << endl;
        cout << "please enter a string (q to quit):";
        getline(cin, str);
    }
    cout << "Bye" << endl;
    return 0;
}
void transform(string & str)
{
    
    
    for (int i=0; i < str.size(); i++)
        str[i] = toupper(str[i]);   // 使用引用参数，这里直接改变它本身，不需要再返回
}

// 4.请提供其中描述的函数和原型，从而完成该程序。
// 注意，应有两个 show( )函数，每个都使用默认参数。请尽可能使用cosnt参数。
// set( )使用 new分配足够的空间来存储指定的字符串。这里使用的技术与设计和实现类时使用的相似。
#include <iostream>
using namespace std;
#include <cstring>  // for strlen(), strcpy()
struct stringy
{
    
    
    char * str;     // points to a string
    int ct;         // length of string (not counting '\0')
};
// prototypes for set(), show(), and show() go here
void set(stringy & str, const char *source);
void show(const stringy & str, int n = 1);
void show(const char *str, int n = 1);
int main()
{
    
    
    stringy beany;
    char testing[] = "Reality isn't what it used to be.";
    set(beany, testing);    // first argument is a reference,
                            // allocates space to hold copy of testing,
                            // sets str member of beany to point to the
                            // new block, copies testing to new block,
                            // and sets ct member of beany
    show(beany);            // prints member string once
    show(beany, 2);         // prints member string twice
    testing[0] = 'D';
    testing[1] = 'u';
    show(testing);          // prints testing string once
    show(testing, 3);       // prints testing string thrice
    show("Done!");
    delete [] beany.str;
    return 0;
}
void set(stringy & str, const char *source)
{
    
    
    str.ct = strlen(source) + 1;
    str.str = new char[str.ct];
    strcpy(str.str, source);
}
void show(const stringy & str, int n)
{
    
    
    for (int i=0; i<n; i++)
        cout << str.str << endl;
}
void show(const char *str, int n)
{
    
    
    for (int i=0; i<n; i++)
        cout << str << endl;
}

// 6．编写模板函数maxn( )，它将由一个T类型元素组成的数组和一个表示数组元素数目的整数作为参数，并返回数组中最大的元素。
// 在程序对它进行测试，该程序使用一个包含6个int元素的数组和一个包含4个 double元素的数组来调用该函数。
// 程序还包含一个具体化，它将char指针数组和数组中的指针数量作为参数，并返回最长的字符串的地址。
// 如果有多个这样的字符串，则返回其中第一个字符串的地址。
// 使用由5个字符串指针组成的数组来测试该具体化。
#include <iostream>
#include <cstring>
using namespace std;
template <typename T>
T maxn(T arr[], int n); // 模板函数
template <> string maxn<string>(string str[], int n);
int main(void)
{
    
    
    int arr1[6] = {
    
    0, 2, 4, 6, 2, 1};
    double arr2[4] = {
    
    3.14, 3.1415, 2.1, 0.5};
    cout << "int arr1[6] max : " << maxn(arr1, 6) << endl;
    cout << "double arr2[4] max : " << maxn(arr2, 4) << endl;
    string str[5] = {
    
    "hello world!", "chai", "mian", "i love you", "thank you"};
    cout << "char *str[5] max : " << maxn(str, 5) << endl;
    return 0;
}
template <typename T>
T maxn(T arr[], int n)
{
    
    
    T temp = arr[0];
    for (int i=0; i<n; i++)
        if (arr[i] > temp)
            temp = arr[i];
    return temp;
}
template <>
string maxn<string>(string str[], int n)  // 函数模板具体化
{
    
    
    int temp = 0;
    for (int i=0; i<n; i++)
    {
    
    
        if (str[temp].size() < str[i].size())
            temp = i;
    }
    return str[temp];
}

// 7．修改程序清单 8.14，使其使用两个名为 SumArray()的模板函数来返回数组元素的总和，而不是显示数组的内容。
// 程序应显示thing的总和以及所有debt的总和。
#include <iostream>
template <typename T> // template A
void ShowArray(T arr[], int n);
template <typename T> // template B
void ShowArray(T * arr[], int n);
template <typename T>
T SumArray(T arr[], int n);
template <typename T>
T SumArray(T * arr[], int n);
struct debts
{
    
    
    char name[50];
    double amount;
};
int main()
{
    
    
    using namespace std;
    int things[6] = {
    
    13, 31, 103, 301, 310, 130};
    struct debts mr_E[3] =
            {
    
    
                    {
    
    "Ima Wolfe", 2400.0},
                    {
    
    "Ura Foxe", 1300.0},
                    {
    
    "Iby Stout", 1800.0}
            };
    double * pd[3];         // set pointers to the amount members of the structures in mr_E
    for (int i = 0; i < 3; i++)
        pd[i] = &mr_E[i].amount;
    cout << "Listing Mr. E's counts of things:\n";
    ShowArray(things, 6);   // uses template A
    cout << "\nListing Mr. E's debts:\n";
    ShowArray(pd, 3);       // uses template B (more specialized)
    cout << "\nThe sum of things : " << SumArray(things, 6) << endl;
    cout << "\nThe sum of debts : " << SumArray(pd, 3) << endl;
    return 0;
}
template <typename T>
void ShowArray(T arr[], int n)
{
    
    
    using namespace std;
    cout << "template A\n";
    for (int i = 0; i < n; i++)
        cout << arr[i] << ' ';
    cout << endl;
}
template <typename T>
void ShowArray(T * arr[], int n)
{
    
    
    using namespace std;
    cout << "template B\n";
    for (int i = 0; i < n; i++)
        cout << *arr[i] << ' ';
    cout << endl;
}
template <typename T>
T SumArray(T arr[], int n)
{
    
    
    T sum = 0;
    for (int i=0; i<n; i++)
        sum += arr[i];
    return sum;
}
template <typename T>
T SumArray(T * arr[], int n)
{
    
    
    T sum = 0;
    for (int i=0; i<n; i++)
        sum += *arr[i];
    return sum;
}