C++中函数重载与引用的操作方法

2024-10-24 10:41:56 作者：Yui_

C++中函数重载允许同名函数根据参数列表的不同而执行不同的功能,这依赖于名字修饰或名字改编（Name Mangling）机制,而引用则是为变量创建一个别名,不会开辟新的内存空间,本文介绍了C++中函数重载与引用的操作,感兴趣的朋友一起看看吧

1. 函数重载

在中文语境中有些词语它就是一词多义的，人们通过上下文来判断词语的意思，即该词被重载了。
就比如说：以前有个笑话，我们国家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，一个是足球。前者"谁也赢不了"后者"谁也赢不了"。

1.1 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，这些函数的形参列表（参数个数或者类型或者类型顺序）不同，常用来处理功能类似数据类型不同的问题。

#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 test()
{
	cout<<"test()"<<endl;
}
void test(int a)
{
	cout<<"test(int a)"<<endl;
}
//3.参数类型顺序不同
void test2(int a,char b)
{
	cout<<"test2(int a,char b)"<<endl;
}
void test2(char b,int a)
{
	cout<<"test2(char b,int a)"<<endl;
}
int main()
{
	add(1,2);
	add(1.1,2.2);
	test();
	test(100);
	test2(10,'a');
	test2('a',10);
	return 0;
}

1.2 C++支持函数重载的原理–名字修饰（name Mangling）

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。

实际项目中通常是由多个头文件和多个源文件构成的，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。那么怎么办呢？
所以链接阶段就是专门处理这种问题的，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。
那么链接时，面对Add函数，链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。
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++演示这个修饰后的名字。
通过下面我们可以看到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语言编译器编译后的结果：

//file.c中的代码
#include <stdio.h>
int Add(int a,int b)
{
    return a+b;
}
void test(int a,double b,int*p)
{
   //... 
}
int main()
{
    Add(10,20);
    test(1,2,0);
    return 0;
}

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

总结：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，但道理类似。
6. 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地，只要参数不同，修饰出来地名字就不一样，那么就可以支持重载了。
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。

2. 引用

2.1 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。
就像外号一样，尽管名字不同但人都是一个人。
语法：

类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体

#include <cstdio>
void test()
{
	int a = 10;
	int& ra = a;//定义引用类型
	printf("%p\n", &a);
	printf("%p\n", &ra);
}
int main()
{
	test();
	return 0;
}
//打印结果:
/*
009EFDE0
009EFDE0
*/

注意：引用类型必须和引用实体是同种类型的。

2.2 引用的特性

引用在定义时必须初始化。
一个变量可以有多个引用。
引用一旦引用一个实体，就不能再引用其他实体。

void test()
{
	int a = 10;
	//int& ra;//引用在定义时必须初始化,否则报错
	int& ra = a;
	int& rra = a;
	printf("%p\n", &a);
	printf("%p\n", &ra);
	printf("%p\n", &rra);
}
//打印结果:
/*
00AFF9A0
00AFF9A0
00AFF9A0
*/

2.3 常引用

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;
	//int& b = 10;//该语句编译时会出错，10为常量
	const int& b = 10;
	double d = 3.14;
	//int& rd = d;该语句编译时会出错，类型不同
	const int& rd = d;
}

2.4 使用场景

做参数

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

做返回值

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

观察下来代码，会输出什么结果？

#include <iostream>
using namespace std;
int& add(int a, int b)
{
	int c = a + b;
	return c;
}
int main()
{
	int& ret = add(2, 3);
	add(4, 5);
	cout << "add(2,3) is :" << ret << endl;
	return 0;
}
//打印结果
/*
add(2,3) is :9
*/

函数运行时，系统需要给函数开辟独立的栈空间，用来保存函数的形参，局部变量以及一些寄存器信息等。
函数运行结束后，该函数对应的栈空间就被系统回收了。
空间被回收指该栈空间暂时不能使用，但是内存还在，比如：上课申请教室，上完课之后教师归还给学校，但是教室本身还在，不能说归还后，教室就消失了。

注意：如果函数返回了，出了函数作用域，如果返回对象还在（没有还给系统），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。

2.5 传值、传引用效率比较

以值作为参数或者返回类型，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拷贝，因此用值作为参数或者返回类型，效率是非常低下的，尤其是当参数或返回类型非常大时，效率就更低。

演示：效率对比，值和引用作为参数类型的性能对比

#include <iostream>
#include <ctime>
using namespace std;
struct  A
{
	int a[10000];
};
void TestFunc(A a)
{
}
void TestFunc2(A& a)
{
}
int main()
{
	A a;
	//以值作为函数参数
	size_t begin1 = clock();
	for (size_t i = 0; i < 10000; ++i)
	{
		TestFunc(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 << "Testfunc(A) time:" << end1 - begin1 << endl;
	cout << "Testfunc2(A&) time:" << end2 - begin2 << endl;
	return 0;
}
//打印结果        
/*
Testfunc(A) time:12
Testfunc2(A&) time:0
(单位毫秒)
*/

演示：值和引用的作为返回类型的性能对比

#include <iostream>
#include <ctime>
using namespace std;
struct  A
{
	int a[10000];
};
struct A a;
//值返回
A TestFunc()
{
	return a;
}
//引用返回
A& TestFunc2()
{
	return a;
}
int main()
{
	//以值作为函数的返回类型
	size_t begin1 = clock();
	for (size_t i = 0; i < 10000; ++i)
	{
		TestFunc();
	}
	size_t end1 = clock();
	//以引用作为函数的返回类型
	size_t begin2 = clock();
	for (size_t i = 0; i < 10000; ++i)
	{
		TestFunc2();
	}
	size_t end2 = clock();
	//分别计算两个函数运行结束后的时间
	cout << "Testfunc(A) time:" << end1 - begin1 << endl;
	cout << "Testfunc2(A&) time:" << end2 - begin2 << endl;
	return 0;
}
//打印结果
/*
Testfunc(A) time:25
Testfunc2(A&) time:1
*/

结论：通过上述的代码可以清楚的发现，传值和传引用在作为传参以及返回值类型上效率相差很大。

2.6 引用和指针的区别

在语法层面上呢，引用就是一个别名，没有独立空间，和其被引用体共用一块空间。

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
	int val = 100;
	int& rval = val;
	cout<<"&val = "<<&val<<endl;
	cout<<"&rval = "<<&rval<<endl;
	return 0;
}
//打印结果
/*
&val = 003AFB98
&rval = 003AFB98
*/

但是呢，在底层方面实际是由空间的，因为引用是按照指针方式来实现的。

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
	int a = 10;
	int& ra = a;
	ra = 20;
	int* pa = &a;
	*pa = 20
	return 0;
}

反汇编：

可以看到操作是类似的。
引用和指针的不同点：

引用概念上定义一个变量的别名，指针存储一个变量地址。
引用在定义时必须初始化，指针就没有要求。
引用在初始化时引用一个实体后，就不能再引用其他实体，而指针可以再任何时候指向任何一个同类型实体。
没有NULL引用，但是又NULL指针
再sizeof中含义不同：引用结果为引用类型的大小，但是指针始终是地址空间所占字节数个（根据所在平台确定，如32位平台占4个字节）
引用自加即引用的实体加1，指针自加即指针向后偏移一个类型的大小。
由多级指针，但是没有多级引用。
访问实体方式不同，指针需要显示解引用，引用编译器自己处理。
引用比指针使用起来相对安全。

到此这篇关于C++中函数重载与引用的的文章就介绍到这了,更多相关C++函数重载与引用内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！