【C++初阶】--- C++入门(中)

目录

  • 一、缺省参数
    • [1.1 缺省参数概念](#1.1 缺省参数概念)
    • [1.2 缺省参数分类](#1.2 缺省参数分类)
  • 二、函数重载
    • [2.1 函数重载概念](#2.1 函数重载概念)
    • [2.2 C++支持函数重载的原理 --- 名字修饰](#2.2 C++支持函数重载的原理 --- 名字修饰)
  • 三、引用
    • [3.1 引用概念](#3.1 引用概念)
    • [3.2 引用特性](#3.2 引用特性)
    • [3.3 常引用](#3.3 常引用)
    • [3.4 使用场景](#3.4 使用场景)
    • [3.5 引用和指针的区别](#3.5 引用和指针的区别)

一、缺省参数

1.1 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。如下:

cpp 复制代码
void Func(int a = 0)
{
 	cout << a << endl;
}
int main()
{
 	Func();     // 没有传参时,使用参数的默认值   -> 0
	Func(10);   // 传参时,使用指定的实参        -> 10
	return 0;
}

1.2 缺省参数分类

  • 全缺省参数
cpp 复制代码
void Func(int a = 10, int b = 20, int c = 30)
{
 	cout << "a = " << a << endl;
 	cout << "b = " << b << endl;
 	cout << "c = " << c << endl;
}
//以缺省形式调用: eg: Func();  传参式调用: eg: Func(1, 2, 3) or Func(1, 2) ...
//但是不能跳跃式传参
  • 半缺省参数
cpp 复制代码
void Func(int a, int b = 20, int c = 30)
{
 	cout << "a = " << a << endl;
 	cout << "b = " << b << endl;
 	cout << "c = " << c << endl;
}
//以缺省形式调用: eg: Fun(10);  传参式调用: eg: Func(1, 2, 3) or Func(1, 2) ...
//同样不能跳跃式传参

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 ,若函数的声明和定义分离,缺省参数只能在函数声明时给 。在预处理阶段头文件会展开,汇编时编译器会帮我们检查函数是否合乎语法(检查语法)。
cpp 复制代码
  // .h (声明)
  void Func(int a = 10);
  
  // .cpp (定义)
  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。
  1. 缺省值必须是常量或者全局变量
  2. C语言不支持(编译器不支持);

上述第二点,为什么只能在函数声明时给缺省值?

因为缺省参数是在调用的阶段使用的。当函数的声明和定义分离时,编译阶段只有函数的声明(.cpp文件中),而传参(检查语法)也是在编译阶段 ,所以在声明处要给缺省值;而定义处(.h文件)不给是为了避免与声明处的缺省值冲突!

函数声明相当于承诺,具体兑现还要看函数定义(此时才会形成函数的地址),在链接阶段会建立函数名和函数地址的关系(下文函数重载处具体说明)。具体如下

事实上函数编译完之后就是一堆指令(对某个/段数据的处理操作),那么他们就会连续的储存到一起,而函数的地址就是第一句指令的地址(类比于数组)。调用函数的本质就是,call这个地址,然后找到这些指令,从内存中取出,并交给cpu去依次执行(这就完成了此函数的功能)。

更正确一点的论述就是,一个函数中的每一行代码都是有地址的,而且同一个函数我们认为地址是连续的。一个函数可以认为是:连续的代码地址构成的地址块,一个函数就对应一批连续的虚拟地址!!! (这里就浅述一下,至于虚拟地址是什么,特性如何,待写到 地址空间 和 线程 时会详细解释)。

二、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!"

2.1 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。

  1. 参数类型不同:
cpp 复制代码
int Add(int left, int right)
{
    return left + right;
}
double Add(double left, double right)
{
    return left + right;
}

// int a = 10, b = 20;
// Add(a, b);     ->  30   (调用第一个)
// double da = 1.1, db = 2.2;
// Add(da, db);   ->  3.3   (调用第二个)

如上,可以实现不同类型的变量调用同名函数来实现相加,函数构成重载。

  1. 参数个数不同:
cpp 复制代码
void f()
{
    cout << "f()" << endl;
}
void f(int a)
{
 	cout << "f(int a)" << endl;
}

// f(); -> cout: f();    f(10); -> cout: f(int a);
  1. 参数类型顺序不同(本质还是类型不同):
cpp 复制代码
void f(int a, char b)
{
 	cout << "f(int a,char b)" << endl;
}
void f(char a, int b)
{
 	cout << "f(char a, int b)" << endl;
}

//f(10, 'c');  cout -> f(int a, char b)
//f('c', 10);  cout -> f(char a, int b)

2.2 C++支持函数重载的原理 --- 名字修饰

问: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。 (在缺省参数处已经介绍了一部分,现在再来补齐概念)

  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Windowsvs的修饰规则过于复杂,而Linuxg++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: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: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. 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。
  2. 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。

三、引用

3.1 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

类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体; 如下:

cpp 复制代码
void TestRef()
{
 	int a = 10;
 	int& ra = a;  // <==== 定义引用类型,ra 就是 a 的别名
	cout << &a << endl;
 	cout << &ra << endl;    // 两者指向同一块空间
}

注意:引用类型必须和引用实体是同种类型的

3.2 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;
  4. 当修改一个引用时,所用的都会变化
cpp 复制代码
void TestRef()
{
 	int a = 10;
 	// int& ra;   // 该条语句编译时会出错
	int& ra = a;
 	int& rra = ra;
 	ra++;
 	cout << "a: " << a << "; ra: " << ra << "; rra: " << rra << endl; //同样指向同一块地址空间
 	// cout ===>  a: 11; ra: 11; rra: 11;
}

3.3 常引用

cpp 复制代码
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 double& rd = d;
}

3.4 使用场景

  1. 做参数(a、输出型参数;b、输入型参数):
cpp 复制代码
//交换两个数
//void Swap(int* left, int* right) {...}
void Swap(int& left, int& right) //输入型参数
{
 	int temp = left;
 	left = right;
 	right = temp;
}
//int* preorderTraversal(struct TreeNode* root, int* returnSize);
//int* preorderTraversal(struct TreeNode* root, int& returnSize); // 输出型参数
//returnSize 表示要返回的数组的长度,为函数外定义的一个变量,需要在此给值 -- 即为输出型参数
int main()
{
	int a = 10, b = 20;
	//Swap(&a, &b); //没有引用前,为了交换两变量的值,只能被迫传址!
	Swap(a, b);
	return 0;
}

没有引用前,为了交换两变量的值,只能被迫传址!因为形参是实参的临时拷贝,形参修改不影响实参,所以要传地址来找到实参,在进行解引用并交换。而传引用,相当于对别名操作,本质上还是对实参的操作。

  1. 做返回值:
cpp 复制代码
//int Count();  1
int& Count()    // 2
{
 	static int n = 0;  // 3
 	//int n = 0; // 4
 	n++;
 	// ...
 	return n;
}
int val = Count();  // 5
int& val = Count();  // 6

上述代码1, 4, 5 或 1, 3, 5组合函数外部val接收的是函数中n的一份拷贝,并不在函数栈帧中 ;若2, 4, 6组合,函数中变量n的别名(地址)被返回交给外部变量val,那么在函数栈帧销毁的那一刻,val依旧可以找到原函数中n的位置 ,类似于野指针问题;若1, 4, 6组合,同样不可以,因为返回值是一个n的拷贝,为临时变量,具有常性。正确的做法是2, 3, 5组合,但在实际问题中并不会这么用,这只是起到演示的作用,具体用法后面还会介绍。

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。


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。传值和指针在作为传参以及返回值类型上效率相差很大。

3.5 引用和指针的区别

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。

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。

cpp 复制代码
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:

C++的引用,主要是对指针使用比较复杂的场景进行一些替换,让代码更简单易懂 ,但不能完全替代指针!引用不能完全替代指针原因:引用定义后不能改变指向!(eg:链表的增删操作,需要改变节点的指向,而这一点引用做不到)

拓展:Java, Python 等一些语言是没有指针的概念的,他们的链表等数据结构是用引用来实现的,且这些语言中的引用是可以改变指向的!!


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. 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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