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【C++初阶】C++入门篇(二)

大家好我是沐曦希💕

CSDN话题挑战赛第2期
参赛话题:学习笔记

往期博客:【C++初阶】C++入门上

涉及博客:【C语言进阶】程序环境和预处理

文章目录

  • 1.函数重载
    • 1.1 函数重载概念
      • 1.1.1 参数类型不同
      • 1.1.2 参数的个数不同
      • 1.1.3 参数类型顺序不同
    • 1.2 C++支持函数重载的原理--名字修饰(name Mangling)
      • 1.2.1 采用C语言编译器编译后结果
      • 1.2.2 采用C++编译器编译后结果
      • 1.2.3 Windows下名字修饰规则
  • 2.引用
    • 2.1 引用概念
      • 2.1.1 类型& 引用变量名(对象名) =引用实体
    • 2.2 引用特性
    • 2.3 常引用
    • 2.4 使用场景
      • 2.4.1 做参数
      • 2.4.2 做返回值
    • 2.5 传值、传引用效率比较
    • 2.6 值和引用的作为返回值类型的性能比较
    • 2.7 引用和指针的区别
  • 3.写在最后

1.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。

例如:C++的自动识别变量的类型

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。

即函数名相同,参数不同(个数,类型,顺序)就是函数重载。

1.1.1 参数类型不同

#include<iostream>
using namespace std;
//1.参数的类型不同
int Add(int a, int b)
{
	cout << "Add(int a, int b)" << endl;
	return a + b;
}
double Add(double a, double b)
{
	cout << "Add(double a, double b)" << endl;
	return a + b;
}
int main()
{
	int a = 10, b = 20;
	double c = 10.1, d = 20.2;
	int x = Add(a, b);
	double y = Add(c, d);
	cout << "x = " << x << endl;
	cout << "y = " << y << endl;
	return 0;
}

在这里插入图片描述

1.1.2 参数的个数不同

#include<iostream>
using namespace std;
//参数的个数不同
void func()
{
	cout << "func()" << endl;
}
void func(int a)
{
	cout << "func(int a)" << endl;
}
int main()
{
	func();
	func(10);
	return 0;
}

在这里插入图片描述
需要注意的是:缺省参数和函数重载结合用,有时候会报错。
在这里插入图片描述
都是这是函数重载,直接无参数调用func(),调用会报错,存在歧义。

1.1.3 参数类型顺序不同

参数顺序不同是指参数类型不同,顺序不同。

#include<iostream>
using namespace std;
//参数顺序不同
void func(int a, char b)
{
	cout << "func(int a, char b)" << endl;
}
void func(char a, int b)
{
	cout << "func(char a, int b)" << endl;
}
int main()
{
	int x = 10;
	char y = 'y';
	func(x, y);
	func(y, x);
	return 0;
}

在这里插入图片描述

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。
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

  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. 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。
  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】。

1.2.1 采用C语言编译器编译后结果

在这里插入图片描述
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。

1.2.2 采用C++编译器编译后结果

在这里插入图片描述
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。

1.2.3 Windows下名字修饰规则

在这里插入图片描述
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。
【扩展学习:C/C++函数调用约定和名字修饰规则–里面有对vs下函数名修饰规则讲解】
C/C++ 函数调用约定

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。
注意:**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。**存在二义性,调用返回时候不能指定返回值类型。
例如:

#include<iostream>
using namespace std;
int func(int a, double b)
{
	cout << "func(int a, double b)" << endl;
	return (int)(a + b);
}
double func(int a, double b)
{
	cout << "func(int a, double b)" << endl;
}
int main()
{
	int a = 10;
	double b = 20.2;
	int x = func(a, b);
	double y = func(a, b);
	return 0;
}

在这里插入图片描述
C++无法重载仅按返回类型区分的函数。

2.引用

2.1 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"。
在这里插入图片描述

引用是用来使指针更方便,代码更简化。

2.1.1 类型& 引用变量名(对象名) =引用实体

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
	int a = 10;
	int& ra = a;//引用--ra就是a的别名
	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "ra = " << ra << endl;
	cout << "&a = " << &a << endl;
	cout << "&ra = " << &ra << endl;
	a++;
	cout << "a = " << a << " " << "ra = " << ra << endl;
	ra++;
	cout << "a = " << a << " " << "ra = " << ra << endl;
	return 0;
}

在这里插入图片描述

注意:引用类型必须和引用实体是同种类型的

2.2 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
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
	int a = 10;
	// int& ra; // 该条语句编译时会出错
	int& ra = a;
	int& rra = a;
	int& pa = rra;
	cout << "&a = " << &a << "  " << "&ra = " << &ra << "  " << " &rra = " << &rra << "  " << " &pa" << &pa << endl;
	return 0;
}

在这里插入图片描述

2.3 常引用

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
	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;
	double d = 12.34;
	//int& rd = d; // 该语句编译时会出错,类型不同
	const int& rd = d;
	return 0;
}

权限可以缩小和平移,但是不能扩大。
例如:

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
	int a = 10;
	int& ra = a;//权限平移
	const int& rra = a;//权限的缩小
	const int b = 10;
	//int& rb = b;//权限的放大,该语句编译会出错
	const int& rb = b;//权限的平移
	const int& p = 10;//权限平移
	return 0;
}

被const修饰的引用只能够读,而不能写,即不能修改引用变量的值。

2.4 使用场景

2.4.1 做参数

#include<iostream>
using namespace std;
void Swap(int& x, int& y)
{
	int tmp = x;
	x = y;
	y = tmp;
}
int main()
{
	int a = 1;
	int b = 2;
	Swap(a, b);
	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;
	return 0;
}

在这里插入图片描述
引用不能代替指针实现链表。
因为引用一旦引用一个实体,再不能引用其他实体,而链表要增删节点。

优点:
1、减少空间浪费,提高程序效率。在C语言中,形参是实参的一份临时拷贝,既然是拷贝,就有时间和空间上的开销;而引用是实参的别名,相当于我们直接对实参进行操作,没有数据拷贝的过程,从而减少空间和时间的浪费,提高代码的效率。

2、引用可以直接改变实参,作为输入性参数及输出型参数可以不再传递指针;比如上面的 Swap 函数,在 Swap 函数内部交换的其实就是两个实参的值,不用再像以前一样需要传递实参的指针;

2.4.2 做返回值

#include<iostream>
using namespace std;
int& Func()
{
	static int n = 0;
	n++;
	return n;
}
int main()
{
	cout << Func() << endl;
	cout << Func() << endl;
	cout << Func() << endl;
	return 0;
}

在这里插入图片描述
下面代码输出什么结果?为什么?
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
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。

优点:
1.减少一次数据拷贝,节省空间,提高效率;
2.直接返回变量本身,从而可以通过返回值修改变量。

2.5 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>
#include <time.h>
using namespace std;
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;
}

在这里插入图片描述

2.6 值和引用的作为返回值类型的性能比较

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

在这里插入图片描述

通过上述代码的比较,发现传值和指针在作为传参以及返回值类型上效率相差很大。

2.7 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。

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
	int a = 10;
	int& ra = a;
	cout << "&a = " << &a << endl;
	cout << "&ra = " << &ra << endl;
}

在这里插入图片描述

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

#include<iostream>
int main()
{
	int a = 10;
	int& ra = a;
	int* pa = &a;
	std::cout << "&a = " << &a << std::endl;
	std::cout << "&ra = " << &ra << std::endl;
	std::cout << "&pa = " << &pa << std::endl;
	std::cout << "*pa = " << pa << std::endl;
}

在这里插入图片描述
我们来看下引用和指针的汇编代码对比:
在这里插入图片描述

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

3.写在最后

那么这次的C++入门篇(二)就到这里了。

在这里插入图片描述

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