0基础入门C++之初识C++下篇

5.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!”

5.1函数重载概念

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. 参数类型不同
   参数类型不同。即函数名和参数个数都是一样的，只是参数类型不同。
2. 参数个数不同
   函数名和返回类型都相同，但是参数的个数不同。
   
3. 参数类型顺序不同
   

5.2 C++支持函数重载的原理–名字修饰

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。

1. 实际项目通常是由多个头文件和多个源文件构成，而通过C语言阶段学习的编译链接，我们 可以知道，【当前a.cpp中调用了b.cpp中定义的Add函数时】，编译后链接前，a.o的目标 文件中没有Add的函数地址，因为Add是在b.cpp中定义的，所以Add的地址在b.o中。
2. 所以链接阶段就是专门处理这种问题，链接器看到a.o调用Add，但是没有Add的地址，就 会到b.o的符号表中找Add的地址，然后链接到一起。
3. 那么链接时，面对Add函数，链接接器会使用哪个名字去找呢?这里每个编译器都有自己的函数名修饰规则。
4. 由于Windows下vs的修饰规则过于复杂，而Linux下g++的修饰规则简单易懂，下面我们使 用了g++演示了这个修饰后的名字。
5. 通过下面我们可以看出gcc的函数修饰后名字不变。而g++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g++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。

Windows下名字修饰规则

对比Linux会发现，windows下vs编译器对函数名字修饰规则相对复杂难懂，但道理都是类似的。

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。

7. 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。

6.引用

6.1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。

比如：孙悟空，又称齐天大圣、孙行者、斗战胜佛

那么怎么定义一个变量的引用呢？

语法：类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体;

下面我们举个例子

这里c就是n的一个引用，c就相当于a的一个别名，它们共用同一块空间。

我们可以看一下输出的结果

当然我们可以再给n取一个别名，也可以给c取别名，感兴趣的老铁可以自己尝试一下。

注意：引用类型必须和引用实体是同种类型的

整形变量的引用是int&
字符变量的引用是char&
整形指针变量的引用就是int*&

6.2引用的特性

1. 引用在定义时必须被初始化
   
2. 一个变量可以有多个引用（上文已提及）
3. 引用一旦引用一个实体之后，就不能再引用其他实体
   下面我们举个例子
   
   我们新定义一个变量x，把x赋给c(c是n的引用)，那现在c会变成x的引用嘛？

答案是不会的，我们上面说了，一个引用在引用一个实体之后，就不能再引用其他实体了，就可以理解为齐天大圣已经是孙悟空的绰号了，就不能再成为别人的绰号了。

下面我们再看一下输出结果验证一下

那c = x;起到的效果是啥呢？
c是n的引用，可以理解为c就是n，那c = x;就是把x的值10赋给了n。

6.3常引用

在上述代码中程序报错，为什么呢？

对于引用，还有指针来说，对它们进行赋值和初始化时，权限可以缩小，但不能放大。

这里的n是被const修饰的，一个变量被const修饰后就具有了常属性，就不能再被改变，
但是现在我们想要给它起一个别名（引用）a，而a是没有被const修饰的，也就是说a是可以被改变的，但是它引用的实体却是不可变的。

6.4使用场景

1. 做参数

在C语言中想要交换两个整型变量需要传递变量的地址，C++中可以借用引用

2. 做返回值
   我们先来看一个小例子
   
   在这个过程中Count函数返回的n不是是直接就赋给了ret，因为n是Count函数中创建的一个局部变量，它是存在Count函数的栈帧里的，当函数调用结束，n随着Count函数的栈帧一起被销毁。当然这里的销毁不是说这块空间不存在，是归还给操作系统，但是我们就没有这块空间的使用权了。

那这个过程是如何将这个返回值给到ret呢？

在函数栈帧的创建和销毁，这个地方在销毁之前，会产生一个临时变量，来保存要返回的n的值（当要返回的数据比较小的时候，这个临时变量通常是一个寄存器，比较大的时候就不一定是寄存器了）。然后就算调用结束，n被销毁，也保留了返回值可以赋给main函数的ret。

让我们再看一个例子

局部变量被static修饰后，将存储在静态区，出作用域后将不会被销毁，而是保留在静态区，也就是说，这次变量n就不再是保存在函数Count的栈帧里了，而是在静态区，即使函数调用结束栈帧销毁，变量n也依然存在。当这里不是直接用n去返回，编译器在这里是傻瓜式的处理，他不管函数栈帧销毁后n是否存在，所做的处理都是一样的，都是利用一个临时变量去返回。

既然这个地方函数栈帧销毁后n还在静态区存在，那就没必要再去借助寄存器来返回在这个地方我们可以借用引用。

总结：如果函数返回时，出了函数作用域，返回对象还在(还没还给系统)，则可以使用引用返回（比如：静态的、全局的、malloc的等等），如果已经还给系统了，则必须使用传值返回，若还返回引用，则结果是未定义的。

6.5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。

6.6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。
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。

我们来看一下引用和指针的汇编代码对比：

可以明显看到它们产生汇编代码是一样的。

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

7.内联函数

7.1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。

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。

7.2特性

1. inline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。下图为《C++prime》中关于inline的建议：

3.inline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，链接就会找不到。

8.auto关键字(C++)

8.1 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:

1. 类型难于拼写
2. 含义不明确导致容易出错

std::map<std::string,std::string>::iterator是一个类型，但是该类型太长了，特别容易写错,当然使用typedef也可以解决这样的问题，但typedef有时又会出现问题。

于是在编程时，常常需要把表达式的值赋值给变量，这就要求在声明变量的时候清楚地知道表达式的类型。然而有时候要做到这点并非那么容易，因此C++11给auto赋予了新的含义。

8.2auto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，但遗憾的是一直没有人去使用它， 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。

这里的i就是int、c就是char

注意：

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

8.3 auto的使用细则

1. 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&
2. 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。

8.4auto不能推导的场景

1. auto不能作为函数的参数
2. auto不能直接用来声明数组
3. 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
4. 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。

9.基于范围的for循环(C++11)

9.1范围for的语法

在之前C语言的学习中我们遍历一个数组，可以按照以下方式进行

对于一个有范围的集合而言，由程序员来说明循环的范围是多余的，有时候还会容易犯错误。因此C++11中引入了基于范围的for循环。for循环后的括号由冒号“ ：”分为两部分：第一部分是范围内用于迭代的变量，第二部分则表示被迭代的范围。

注意:与普通循环类似，可以用continue来结束本次循环，也可以用break来跳出整个循环。

9.2范围for的使用条件

1. for循环迭代的范围必须是确定的
   对于数组而言，就是数组中第一个元素和最后一个元素的范围;对于类而言，应该提供begin和end的方法，begin和end就是for循环迭代的范围

10.指针空值nullptr(C++11)

NULL实际是一个宏，在传统的C头文件(stddef.h)中，可以看到如下代码：

可以看到，NULL可能被定义为字面常量0，或者被定义为无类型指针(void*)的常量。不论采取何种定义，在使用空值指针时，都不可避免出现一些麻烦比如：

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。

由于以上原因C++11引入一个新关键字nullptr来表示空指针


注意：

1. 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。
2. 在C++11中，sizeof(nullptr) 与 sizeof((void)0)所占的字节数相同。*
3. 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。