【C++】函数重载 & 引用 & 内联函数

目录

一，函数重载

1，函数重载的概念

2，C++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
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
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；

2，C++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
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 <
    Add(3, 4);
    cout << "Add(1, 2) is :"<< ret <
    cout << "Add(1, 2) is :"<< ret <
    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 
#include
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 
#include
 
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

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。

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 了，链接就会找不到

// F.h
#include 
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