【C++入门:C++世界的奇幻之旅】(中)

简介: 【C++入门:C++世界的奇幻之旅】

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7. 缺省参数


7.1缺省参数概念


       缺省参数是声明或定义函数时为函数的参数指定一个缺省值。在调用该函数时,如果没有指定实参则采用该形参的缺省值,否则使用指定的实参。

#include<iostream>
using std::cout;
using std::endl;
void Func(int a = 0 ,int b = 1)
{
  cout << a << endl;
  cout << b << endl << endl;
}
int main()
{
  Func();       // 没有传参时,使用参数的默认值
  Func(10);     // 传参时,使用指定的实参 -> 传参顺序:10->a
  Func(10, 20); // 传参时,使用指定的实参 -> 传参顺序:10->a,20->b
  return 0;
}


运行结果:


7.2 缺省参数分类


  • 全缺省参数
void Func(int a = 10, int b = 20, int c = 30)
{
  cout << "a = " << a << endl;
  cout << "b = " << b << endl;
  cout << "c = " << c << endl;
}


  • 半缺省参数
void Func(int a, int b = 10, int c = 20)
{
  cout << "a = " << a << endl;
  cout << "b = " << b << endl;
  cout << "c = " << c << endl;
}


注意:

  • 1. 半缺省参数必须从右往左依次来给出,不能间隔着给
  • 2. 缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现
//a.h
void Func(int a = 10);
// a.cpp
void Func(int a = 20)
{}
//如果声明与定义位置同时出现,恰巧两个位置提供的值不同,\
那编译器就无法确定到底该用那个缺省值。
//规定:在声明的地方写缺省参数
//a.h
void Func(int a = 10);
// a.cpp
void Func(int a)
{}
  • 3. 缺省值必须是常量或者全局变量
  • 4. C语言不支持(编译器不支持)


8. 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!”


8.1 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。

#include<iostream>
using namespace std;
//重载:函数名相同,参数不同(类型不同,个数不同,类型顺序不同)返回值可同可不同
// 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;
}


问:下面这个能构成重载吗? --- 构成(参数不同构成重载),但是实际上不会写这样的代码,不传参的时候调用存在二义性。

#include<iostream>
using namespace std;
void f()
{
  cout << "f()" << endl;
}
void f(int a = 0)
{
  cout << "f(int a = 0)" << endl;
}


8.2 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。


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。那么怎么办呢?


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


结论:对比一下发现修饰后的格式为:? + 函数名 + @@YA + 返回值 + 参数1 + 参数2 + @Z,int类型对应的是字母H,void类型对应的是字母X,double类型对应的是字母N。扩展:float类型对应的是字母M


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,我们就不做细致的研究了。【扩展学习:C/C++函数调用约定和名字修饰规则--有兴趣好奇的同学可以看看,里面 有对vs下函数名修饰规则讲解】


C/C++的调用约定


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,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。


9. 引用


9.1 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"。


类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体;


注意:引用类型必须和引用实体是同种类型的。


9.2 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,可以给别名起别名
  • 3. 引用一旦引用一个实体,再不能引用其他实体,此时引用只是赋值,不改变指向


9.3 常引用


void TestConstRef()
{
  // 权限不能放大
  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,b为常量
  const int& b = 10;
  int c = 10;
  const int& rc = c;//权限可以缩小
  double d = 12.34;
  int& rd = d; // 该语句编译时会出错,类型不同
  const int& rd = d;//产生了临时变量12,此时是给临时变量取别名
}


9.4 使用场景


1. 做参数

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


2. 做返回值

int Count()
{
  int n = 0;
  n++;
  return n;
}
int main()
{
  int ret = Count();
  cout << ret << endl;
  return 0;
}


上面这个程序ret接收的是n还是n的拷贝???这里接收的是n的拷贝,当Count函数调用完后,局部变量就销毁了,所以我们这里是传值返回。如果我们引用返回呢???

int &Count()
{
  int n = 0;
  n++;
  return n;
}
int main()
{
  int ret = Count();
  cout << ret << endl;
  return 0;
}


这里的ret值是不确定的,它返回的是n的别名然后赋值给ret,但是这要取决于编译器在释放了函数栈帧后有没有将n这个变量的值清理掉。vs编译器下,函数栈帧释放后不会将值清理掉。


运行结果:


下面代码输出什么结果?为什么?


ret是上面c的别名,但是局部变量c出了函数作用域,返回对象就销毁了,不能用引用返回,否则结果是不确定滴。


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。


那引用作返回值我们该如何使用呢?我们可以给变量增加static修饰。

int& Add(int a, int b)
{
    static 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;
    return 0;
}


运行结果:


这里输出这样的结果是因为静态局部变量只会初始化一次,后面再调用就不会执行。


9.5 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。

#include <iostream>
using namespace std;
#include <time.h>
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;
}

运行结果:


值和引用的作为返回值类型的性能比较

#include <time.h>
struct A { int a[10000]; };
A a; //全局变量
// 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;
}



通过上述代码的比较,发现传值引用在作为传参以及返回值类型上效率相差很大。


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