初识C++（中）——“C++”

各位CSDN的uu们你们好呀，今天是小雅兰的C++专栏呀，初识C++下篇来啦，下面，让我们进入C++的世界吧！！！

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缺省参数

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。

缺省参数相当于现实生活中的备胎！！！

#include<iostream>
using namespace std;
void Func(int a = 0)
{
	cout << a << 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
	return 0;
}

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;
}

函数调用的话，可以不传参数，也可以传一个参数，也可以传两个参数，也可以传三个参数。

但是C++不支持这样一种玩法，就是你只想给第二个参数传参，其余的不给；或者你只想给第三个参数传参，前面两个不想给。

int main()
{
	Func();
	Func(1);
	Func(1, 2);
	Func(1, 2, 3);
	return 0;
}

半缺省参数（只缺一部分参数）

void Func(int a, int b = 10, int c = 20)
{
	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;
	cout << "c = " << c << endl << endl;
}

必须传一个参数！！！

传一个也可以，传两个也可以，传三个也可以。

• 半缺省参数必须从右往左依次来给出，不能间隔着给

int main()
{
	Func(1);
	Func(1, 2);
	Func(1, 2, 3);
	return 0;
}

之前C语言写栈的时候，初始化栈和入栈是这样写的，得扩容：

// 初始化栈 
void StackInit(Stack* pst)
{
	assert(pst);
	pst->a = NULL;
	pst->top = 0;
	pst->capacity = 0;
}

// 入栈 
void StackPush(Stack* pst, STDataType x)
{
	assert(pst);
	//扩容
	if (pst->top == pst->capacity)
	{
		int newcapacity = pst->capacity == 0 ? 4 : pst->capacity * 2;
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(pst->a, newcapacity * sizeof(STDataType));
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("realloc fail");
			return;
		}
		pst->a = tmp;
		pst->capacity = newcapacity;
	}
	pst->a[pst->top] = x;
	pst->top++;
}

现在学习了C++的缺省参数后，就可以这样：初始化栈的时候，可以给一个缺省参数，先开一部分空间，可以解决后续扩容的问题。（因为扩容本就是不稳定的，且消耗较大）

namespace zyl
{
	typedef struct Stack
	{
		int* a;
		int top;
		int capacity;
	}Stack;

	// 不允许声明和定义同时给缺省参数
	// 声明给，定义不给
	void StackInit(Stack* ps, int N = 4);
	void StackPush(Stack* ps, int x);
}

void zyl::StackInit(Stack* pst, int N)
{
	pst->a = (int*)malloc(sizeof(int) * N);

	pst->top = 0;
	pst->capacity = 0;
}

void zyl::StackPush(Stack* pst, int x)
{
	// ...
}

int main()
{
	zyl::ST st1;
	StackInit(&st1, 10);
	for (size_t i = 0; i < 10; i++)
	{
		StackPush(&st1, i);
	}

	zyl::ST st2;
	StackInit(&st2, 100);
	for (size_t i = 0; i < 100; i++)
	{
		StackPush(&st2, i);
	}

	// 不知道可能会插入多少个
	zyl::ST st3;
	StackInit(&st3);

	return 0;
}

• 缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现（声明给，定义不给）

 //a.h
  void Func(int a = 10);
  
  // a.cpp
  void Func(int a = 20)
  {}
  
  // 注意：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。

• 缺省值必须是常量或者全局变量
• C语言不支持（编译器不支持）

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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！"

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。

C语言不允许有同名函数！！！

// 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;
}

int main()
{
	cout << Add(1,2) << endl;
	cout << Add(1.1,2.2) << endl;
	return 0;
}

这个功能非常的好用！！！

在C语言阶段，经常写Swap函数：

void Swap1(int* p1, int* p2)
{
	//...
}

void Swap2(double* p1, double* p2)
{
	//...
}

C语言里面就只能这样写。

但是在C++里面，允许同名函数，只要求构成函数重载就可以了。

void Swap(int* p1, int* p2)
{
	//...
}

void Swap(double* p1, double* p2)
{
	//...
}

int main()
{
	int i = 1, j = 2;
	double k = 1.1, l = 2.2;
	Swap(&i, &j);
	Swap(&k, &l);
	return 0;
}

自动匹配！！！

// 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()
{
	f();
	f(10);

	f(10, 'a');
	f('a', 10);

	return 0;
}

注意：返回值不同不构成函数重载！！！

但是：

namespace zyl1
{
void func(int x)
{}
}
namespace zyl2
{
void func(double x)
{}
}

不构成函数重载！！！因为在不同的域里面。

如果把zyl2改为zyl1，就构成函数重载了。

void func(int a)
{
cout << "void func(int a)" << endl;
}
void func(int a, int b = 1)
{
cout << "void func(int a,int b)" << endl;
}

上面的两个函数确确实实构成函数重载！！！

但是，是调用存在歧义，如果是在main函数里面写func(1)，上面两个函数都可以调用，编译器不知道调用哪个函数。

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。

void func(int i, double d)
{
	cout << "void func(int i, double d)" << endl;
	
}

void func(double d, int i)
{
	cout << "void func(double d, int i)" << endl;
}
int main()
{
	func(1, 1.1);
	func(1.1, 1);
	return 0;
}

为什么编译器能够这么聪明呢？为什么C++可以而C语言不行呢？C++凭什么根据参数就互相调用？

• 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，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++演示了这个修饰后的名字。
• 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，我们就不做细致的研究了。

C/C++ 函数调用约定_低调的狮子的博客-CSDN博客

• 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。
• 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。

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引用

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；

void TestRef()
{
	int a = 10;
	int& ra = a;//<====定义引用类型
	//给a取了一个别名：ra

	cout << &a << endl;//&表示取地址
	cout << &ra << endl;
}
int main()
{
	TestRef();
	return 0;
}

注意：引用类型必须和引用实体是同种类型的

之前小雅兰写的二叉树的前序遍历就可以用到引用，而不用指针了！

int TreeSize(struct TreeNode* root)
{
    return root==NULL?0:TreeSize(root->left)+TreeSize(root->right)+1;
}
//递归里面传数组下标要注意！！！
//每个栈帧里面都有一个i
void preorder(struct TreeNode* root,int* a,int* pi)
{
    if(root==NULL)
    {
        return;
    }
    a[(*pi)++]=root->val;
    preorder(root->left,a,pi);
    preorder(root->right,a,pi);
}
int* preorderTraversal(struct TreeNode* root, int* returnSize){
    //root是输入型参数，returnSize是返回型参数
    *returnSize=TreeSize(root);
    int* a=(int*)malloc(*returnSize*sizeof(int));
    int i=0;
    preorder(root,a,&i);
    return a;
}

改为引用：

int TreeSize(struct TreeNode* root)
{
    if (root == NULL)
        return 0;
    else
        return TreeSize(root->left) + TreeSize(root->right) + 1;
}

void _preorderTraversal(struct TreeNode* root, int* a, int& ri)
{
    if (root == NULL)
        return;

    printf("[%d] %d ", ri, root->val);
    a[ri] = root->val;
    ++ri;
    _preorderTraversal(root->left, a, ri);
    _preorderTraversal(root->right, a, ri);
}

int* preorderTraversal(struct TreeNode* root, int& returnSize) {
    int size = TreeSize(root);
    int* a = (int*)malloc(sizeof(int) * size);
    int i = 0;
    _preorderTraversal(root, a, i);
    returnSize = size;
    return a;
}

ri就是i的别名！！！

Swap函数也有一种新玩法：

void swap(int& x1, int& x2)
{
int tmp = x1;
x1 = x2;
x2 = tmp;
}

还有之前的单链表，也有新玩法：

typedef struct ListNode{
int val;
struct ListNode* next;
}ListNode;
//C语言二级指针的玩法
void PushBack(ListNode** pphead, int x)
{
ListNode* newnode;
if (*pphead == NULL)
{
*pphead = newnode;
}
else
{

}
}

int main()
{
ListNode* plist = NULL;
PushBack(&plist, 1);
PushBack(&plist, 2);
PushBack(&plist, 3);

return 0;
}
typedef struct ListNode {
int val;
struct ListNode* next;
}ListNode, *PListNode;

//PListNode就是struct ListNode*
//CPP，引用的玩法
void PushBack(ListNode*& phead, int x)

//ListNode*的别名
//void PushBack(PListNode& phead, int x)
{
ListNode* newnode = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
// ...
if (phead == NULL)
{
phead = newnode;
}
else
{

}
}

int main()
{
ListNode* plist = NULL;
PushBack(plist, 1);
PushBack(plist, 2);
PushBack(plist, 3);

return 0;
}

引用特性

• 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，再不能引用其他实体

void TestRef()
{
	int a = 10;
	// int& ra;// 该条语句编译时会出错

	int& ra = a;
	int& rra = a;
	//printf("%p %p %p\n", &a, &ra, &rra);
	cout << &a << endl;
	cout << &ra << endl;
	cout << &rra << endl;
}
int main()
{
	TestRef();
	return 0;
}

也可以给别名取别名！！！

使用场景

做参数

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

做返回值

这就相当于：n都销毁了，还返回n的别名。

这样的行为是非常危险的（有点像野指针）

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

int main()
{
	int ret = Count();
	// 这里打印的结果可能是1，也可能是随机值
	cout << ret << endl;
	cout << ret << endl;
	return 0;
}

这里是把n的别名拷贝给ret，如果栈帧没清打印的结果就是1，清了就是随机值。

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

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

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);
    Add(3, 4);
    cout << "Add(1, 2) is :"<< ret <<endl;
    return 0;
}

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。

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 <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;
}

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;
// 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;
}

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。
struct SeqList
{
int a[10];
int size;
};

//C的接口设计
//读取第i个位置的值
int SLAT(struct SeqList* ps, int i)
{
assert(i < ps->size);
// ...
return ps->a[i];
}
//修改第i个位置的值
void SLModify(struct SeqList* ps, int i, int x)
{
assert(i < ps->size);

// ...
ps->a[i] = x;
}
//CPP接口设计
//读 or 修改第i个位置的值
int& SLAT(struct SeqList& ps, int i)
{
assert(i < ps.size);
// ...
return (ps.a[i]);
}

int main()
{
struct SeqList s;
s.size = 3;
// ...
SLAT(s, 0) = 10;
SLAT(s, 1) = 20;
SLAT(s, 2) = 30;
cout << SLAT(s, 0) << endl;
cout << SLAT(s, 1) << endl;
cout << SLAT(s, 2) << endl;

return 0;
}

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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;
 
 cout<<"&a = "<<&a<<endl;
 cout<<"&ra = "<<&ra<<endl;
 return 0;
}

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。

int main()
{
 int a = 10;
 int& ra = a;
 ra = 20;
 
 int* pa = &a;
 *pa = 20;
 
 return 0;
}

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

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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，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;
}

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好啦，小雅兰今天的学习内容就到这里啦，还需继续加油学习西嘎嘎！！！