【C++初阶】第一站：C++入门基础(中)

Dream_Chaser～2023-11-23 20:51

前言：

这篇文章是c++入门基础的第一站的中篇,涉及的知识点
函数重载 :函数重载的原理--名字修饰
引用:概念、特性、使用场景、常引用、传值、传引用效率比较的知识点

目录

[5. 函数重载 （续）](#5. 函数重载 （续）)

[C++支持函数重载的原理--名字修饰(name Mangling)](#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？

[6. 引用](#6. 引用)

引用概念

关于引用的应用：

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

使用场景

传值、传引用效率比较

值和引用的作为返回值类型的性能比较

关于顺序表的读取与修改

c语言接口

Cpp的接口设计:

常引用

**5.**函数重载 （续）

C++支持函数重载的原理--名字修饰(name Mangling)

编译器是如何编译的？

Test.cpp

预处理头文件展开/宏替换/去掉注释/条件编译

Test.i

编译检查语法，生成汇编代码(指令级代码) -- 右击鼠标打开反汇编

Test.s

汇编将汇编代码生成二进制机器码

Test.o

链接合并链接，生成可执行程序（a.out / xxx.exe）

在整个编译的过程中涉及到的一个问题是什么呢？

在一个项目里面写了一个stack.h（栈定义的各种接口）和stack.cpp ，这些各种接口不在Test.o内，而在stack.o内，那么怎么去这里找呢。那就涉及到名字去找地址，在链接的时候怎么用名字去找地址呢？

C语言的特点呢 -- 直接用函数名去充当函数的名字

这样的后果就是自己都区分不开来，所以C语言是不允许重名的。

那么C++是如何这块的问题呢？如何把两个同名的但参数类型顺序不一样的函数区分开来呢？

🎯 那就是函数名修饰规则解决这个问题

当函数只有声明没有定义的时候，就会出现以下的链接错误

🌼当函数只有定义的时候，没有实现的时候，它就没有一堆汇编指令，没有指令就不能生成地址(就没有建立函数栈帧的过程，寄存器没有存地址)。所以在符号表里面拿这个名字去找的时候就找不到，以下是修饰以后的函数名，本质上它是用类型带入这个名字里面去了（函数修饰规则）

而C语言是直接用函数名去找：

在linux环境底下去看:

以下两张图均是函数名修饰规则

Linux底下：c++区分函数不同的依据是**去找函数的地址(**本质也就是第一句指令的地址)，找到地址之后，将其函数名修饰成特殊函数名:

<_Z4funcid> 意思是：四个字节,func(int,double)

<_Z4funcdi> 意思是：四个字节,func(double,int)

🍔在符合表里面：

用一个独特的符号去代表一个类型，跟据类型的个数不同、类型不同、类型的顺序不同，修饰出了的名字就是不一样的，所以根据这点，就可以在函数名相同的情况下区分不同的函数。

vs2019底下：

void __cdecl func(int,double)" (?func@@YAXHN@Z)

void __cdecl func(double,int)" (?func@@YAXNH@Z)

因为这两个函数虽然函数名字相同，但是函数类型的顺序不同，所以编译器会根据情况修饰成特殊的函数名

问题：

函数名修饰规则带入返回值，返回值不能能否构成重载? 不能。

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。(老师要带同学们回顾一下)
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


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语言编译器编译后结果


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。
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。

  1. 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。

**6.**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。
💤现实生活来说：比如：李逵 ，在家称为**"铁牛"** ，江湖上人称**"黑旋风"**。

C++为了在拓展语法的过程中，为了防止创新符号太多不好记忆，直接沿用C语言的符号，让其一个符号赋予了多重意思，&在这边不是取地址的意思，而是引用操作符

当b++时，a也会同时++，当两条语句都++时，那么这个值就变为2

代码实现:

int main()
{
	int a = 0;
	int& b = a;//引用

	cout << &a << endl;
	cout << &b << endl;

	return 0;

}

输出：

注意： 引用类型必须和引用 实体是 同种类型的

关于引用的应用：

1️⃣简单的应用，值的交换：

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

     int x = 0, y = 1;
     swap(x,y);
     printf("%d %d", x, y);
 }

执行：


2️⃣二叉树前序遍历的应用

int TreeSize(struct TreeNode* root)
 {
 	//写法一
 	if (root == NULL)
 		return 0;
    //写法二
 	return TreeSize(root->left)
 		+ TreeSize(root->right)
 		+ 1;
 }
 void _preorder(struct TreeNode* root, int* a, int& pi)
 {
 	if (root == NULL)
 		return;
 	//用指针的方式是为了不在不同栈帧内创建i
 	a[pi] = root->val;
    pi++;
 	_preorder(root->left, a, pi);
 	_preorder(root->right, a, pi);
 }
 int* preorderTraversal(struct TreeNode* root, int& returnSize)
 {
 	int size = TreeSize(root);
 	int* a = (int*)malloc(sizeof(int) * sizeof(int));

 	int i = 0;
 	_preorder(root,a,i);
 	return a;
 }
 int main()
 {
     int size = 0;
     preorderTraversal(nullptr, size);

 }

执行：

3️⃣关于单链表的链接
前后代码对比：

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

int main()
{
	int a = 0;
	int& b = a;
	int& c = a;
	int& d = b;//给别名取别名，实际上是同一块空间。

    int x = 1;
	//赋值
	b = x;

	return 0;
}

代码执行变化：

🚩引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体

int main()
{
	int a = 0;
	int& b = a;

	int x = 1;
	int&b = x;

	return 0;
}

代码执行：

使用场景

传引用返回和传值返回：

以下的两者返回的方式有什么区别呢？

**答：这两种情况的区别，在于传值调用在函数销毁时有寄存器，传引用调用没有寄存器保存值，因为是同一个空间，**引用不同于传值和传址，既然直接传的就是这个空间本身，因此既不用创建临时拷贝，也不需要传变量地址。而是直接变量进行赋值。

💥先来看传值返回：

用了一个全局的寄存器eax把返回值保存起来，待Count函数栈帧销毁后，回到主函数main,再将寄存器里面的值赋值给ret

💨传引用返回：

这个n的别名，出了作用域就销毁（这意味着返回的值是对已被销毁的变量的引用），还给操作系统了，在还给操作系统的时候，可能将这块空间里面的值给清理了，变成随机值了。由于**Count** 函数的返回值是无效的（引用已被销毁），所以打印**ret** 的值将导致未定义的行为。它可能打印1，也可能打印随机值，或者可能导致程序崩溃。

💢那如果对代码再修改一下呢：

这段代码是非法的。当函数**Count()** 执行完毕后，局部变量 n 将被销毁，引用 ret 将会成为悬空引用（dangling reference），它指向了已经归还给操作系统的空间，该空间里面的值可能已经被初始化为随机值。因此，将对n的引用返回给调用函数是无效的，导致未定义的行为。

总结：

传引用的第一个示例还是第二个示例中，代码都是非法的，并且会导致未定义的行为

如果函数返回时，离开函数作用域后，其栈上空间已经还给系统，因此不能用栈上的空间作为引用类型返回。如果以引用类型返回，返回值的生命周期必须不受函数的限制(即比函数生命周期长)。

只有当出了这个作用域，这个对象还在的情况下，才可以加引用比如便用static将变量设成静态变量，或是全局变量，函数生命周期就不会影响到引用

代码示例：

//传引用调用
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;
}
//传值调用
int Count()
{
	int n = 0;
	n++;


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

	return 0;
}

当变量前面有很大一块空间被占用时，有可能不会被覆盖：

写一个相加两个变量值的代码：

代码实现：

​#include<iostream>
#include<assert.h>
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;
}

解析：

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。

传引用传参（任何时候都可以用）
1、提高效率
2、输出型参数（形参的修改，影响的实参）

#include <time.h>
#include<iostream>

struct A { int a[10000]; };
A a;//全局变量！！！
// 值返回
A TestFunc1() { return a; }//全局变量是可以使用传引用返回的！！！

// 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;
}

值和引用的作为返回值类型的性能比较

传引用返回（出了函数作用域对象还在才可以用）-- static修饰的，全局变量，堆空间等等
1、提高效率
2、修改返回对象

#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;
}
int main()
{
	TestReturnByRefOrValue();
	return 0;
}

关于顺序表的读取与修改

c语言接口
struct SeqList
{
	int a[10];
	int size;
};

//C的接口设计 
//读取第i个位置
int SLAT(struct SeqList* ps, int i)
{
	assert(i<ps->size);//防止越界
	//...
	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;
}

可以看待以上代码，C语言实现读取和修改结构体成员--数组元素时，是非常繁琐的，实现功能就要编写一个功能函数，但是如果换成c++的引用，那就可以一个函数实现两个功能

Cpp的接口设计:

代码示例：

CPP接口设计
//读 or 修改第i个位置的值
#include<iostream>
#include<assert.h>
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;
}

特别注意：

常引用

在引用的过程中:

1.权限可以平移

2.权限可以缩小
3.权限不能放大!!!

int main()
{

	const int a = 0;

	//权限的放大
	int& b = a;//这个是不行的！！！

	//权限的平移
	const int& c = a;

	//权限的缩小
//形象地理解: 
	int x = 0;//齐天大圣
	const int& y = x;//戴上紧箍咒的孙悟空

	return 0;
}

赋值:

int b = a;//可以的,因为这里是赋值拷贝,b修改不影响a

类型转换:

在c/c++里面有个规定:表达式转换的时候会产生一个临时变量，具有常性

以及函数返回的时候也会产生一个临时对象

本章未结束，尽快更新下一章完结此篇。

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