[C++初阶]初识C++(二)

建议先看完上篇:[C++初阶]初识C++(一)—————命名空间和缺省函数-CSDN博客

本篇部分代码和文案来源:百度文库,知乎,比特就业课

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。
比如: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,一个是国足。因为“谁也赢不了!”

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。
例:
#include<iostream>
using namespace std;
//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;
}
#include<iostream>
using namespace std;
//参数个数不同
void f()
{
 cout << "f()" << endl;
}
void f(int a)
{
 cout << "f(int a)" << endl;
}
#include<iostream>
using namespace std;
//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;
}

我们来运行一下

#include<iostream>
using namespace std;
// 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(1, 2);
	Add(1.1, 1.2);
	f();
	f(1);
	f(1, 'a');
	f('a', 1);
	return 0;
}

结果:

那么这时候问题来了,为什么C++支持函数重载,C却不支持呢?

这个问题我们得到底层来谈,我们都知道一个程序如果要运行起来,需要经过:预处理、编译、汇编、链接这四个过程。

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?(记不清楚的同学可以看 [C语言]编译和链接-CSDN博客 )  
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。              
我们从底层来看:
我们现在有这样的C++代码
#include<iostream>
using namespace std;
int sub(int left, int right)
{
	cout << "int sub(int left, int right)" << endl;
	return left - right;
}
double sub(double left, double right)
{
	cout << "double sub(double left, double right)" << endl;
	return left - right;
}
int main()
{
	sub(1, 2);
	sub(1.1, 1.2);
	return 0;
}

我们对其反汇编,我们会发现这两个sub的地址不同

但是这个用VS的修饰规则其实很难说清楚,推荐使用Linux所以这里我们借用比特就业课的课件图片,来详解。
现在我们有如下代码:
int Add(int a,int b)
{
    return a+b;
}
void func(int a, double b, int* p)
{}

int main()
{
    Add(1,2);
    func(1,2,0);
    return 0;
}

如果我们采用C语言编译器来编译,我们会发现什么呢?

                                                        -----------图片来源        比特就业课                (侵权必删)

我们发现在linux下,采用gcc编译完成后,函数名字的修饰没有发生改变。

但是如果我们采用g++编译呢?

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。
看到这大家一定知道了为什么了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。
大家感兴趣的可以去看看
Windows 下名字修饰规则 :
修饰名 | Microsoft Learn
也可以去看看大佬的解释:
C/C++ 函数调用约定___declspec(dllexport) void test2();-CSDN博客

2.引用

2.1引用的定义

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。
我们可以举个例子:
比如:李逵,在家称为"铁牛",江湖上人称"黑旋风"。
铁牛,黑旋风,都是李逵的别名。
写法是用&符号修饰,类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体;
int a=10;
int& b=a;

我们来测试一下:

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
	int a = 10;
	int& b = a;
	cout << a << endl;
	cout << b << endl;
	return 0;
}

运行结果:

注意:引用类型必须和引用实体是同种类型的

2.2引用的特性

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
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);  
}

下面这个也可以

int  a = 0;
int& b = a;
int& c = b;
int& d = c;

我们来看一下这段代码,让我们思考一下这个是y变成z的别名呢?

还在y赋值为z呢?

int x = 10;
int z = 20;
int& y = x;
y=z;

我们可以通过监视得到y还是x的地址,所以我们得到这样其实就是把z赋值给x,所以我们呢可以得到特性3.

2.3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;

2.4const修饰引用

现在我们给出这样的代码,思考可行性:

const int n = 0;
int& m = n;
int n = 0;
const int& m = 0;

这两段代码完全相反,一个是权力的放大,一个是权力的减小,但是哪个才能运行呢?

答案是第二个

第一个n是只读的,那么m是n的别名,所以不能修改n,也只能是只读的,这里的m的权力放大了,我们因为n是只读的,用m操作n是不行的

第二个是m是只读的,m只对n进行只读这个操作是可以的,所以这样是对的。

结论:权力的放大时不允许的,权力的减小时可行的

2.5使用场景

1. 做参数

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

我们可以通过引用来实现swap函数,这个相对于指针可能更好理解

2.做返回值

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

2.6引用与指针的差别

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

3.内联函数

1.概念

inline修饰的函数叫做内联函数,编译时C++编译器会在调用内联函数的地方展开,没有函数调
用建立栈帧的开销,内联函数提升程序运行的效率。
函数前增加inline关键字将其改成内联函数,在编译期间编译器会用函数体替换函数的调用。

2 .特性

1. inline是一种以空间换时间的做法,如果编译器将函数当成内联函数处理,在编译阶段,会
用函数体替换函数调用,缺陷:可能会使目标文件变大,优势:少了调用开销,提高程序运
行效率。
2. inline对于编译器而言只是一个建议,不同编译器关于inline实现机制可能不同,一般建
议:将函数规模较小(即函数不是很长,具体没有准确的说法,取决于编译器内部实现)、
是递归、且频繁调用的函数采用inline修饰。

4.auto关键字

4.1 auto简介

在早期C/C++中auto的含义是:使用auto修饰的变量,是具有自动存储器的局部变量,但遗憾的是一直没有人去使用它。
C++11中,标准委员会赋予了auto全新的含义即:auto不再是一个存储类型指示符,而是作为一 个新的类型指示符来指示编译器,auto声明的变量必须由编译器在编译时期推导而得
int TestAuto()
{
return 10;
}
int main()
{
int a = 10;
auto b = a;
auto c = 'a';
auto d = TestAuto();
cout << typeid(b).name() << endl;
cout << typeid(c).name() << endl;
cout << typeid(d).name() << endl;
//auto e; 无法通过编译,使用auto定义变量时必须对其进行初始化
return 0;
}

  注意:使用auto定义变量时必须对其进行初始化,在编译阶段编译器需要根据初始化表达式来推导auto的实际类型。因此auto并非是一种“类型”的声明,而是一个类型声明时的“占位符”,编译器在编译期会将auto替换为变量实际的类型 。

4.2auto的使用细则

1. auto与指针和引用结合起来使用

用auto声明指针类型时,用auto和auto*没有任何区别,但用auto声明引用类型时加&

int main()
{
    int x = 10;
    auto a = &x;
    auto* b = &x;
    auto& c = x;
    cout << typeid(a).name() << endl;
    cout << typeid(b).name() << endl;
    cout << typeid(c).name() << endl;
    *a = 20;
    *b = 30;
     c = 40;
    return 0;
}

2. 在同一行定义多个变量

当在同一行声明多个变量时,这些变量必须是相同的类型,否则编译器将会报错,因为编译
器实际只对第一个类型进行推导,然后用推导出来的类型定义其他变量
    auto a = 1, b = 2; 
    auto c = 3, d = 4.0;  // 该行会编译失败,因为c和d的初始化表达式类型不同,c为实数,d为浮点数

4.3 auto不能推导的场景

1. auto不能作为函数的参数

2. auto不能直接用来声明数组

3. 为了避免与C++98中的auto发生混淆,C++11只保留了auto作为类型指示符的用法

4. auto在实际中最常见的优势用法就是跟C++11提供的新式for循环,还有 lambda表达式等进行配合使用

5.基于范围的for循环

1.范围for语法

在C++98中如果要遍历一个数组,可以这样进行:

void For()
{
int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++i)
     array[i] *= 2;
for (int* p = array; p < array + sizeof(array)/ sizeof(array[0]); ++p)
     cout << *p << endl;
}

对于一个有范围的集合而言,由程序员来说明循环的范围是多余的,有时候还会容易犯错误。因 此C++11中引入了基于范围的for循环。for循环后的括号由冒号“ :”分为两部分:第一部分是范围内用于迭代的变量,第二部分则表示被迭代的范围
注意:与普通循环类似,可以用continue来结束本次循环,也可以用break来跳出整个循环

5.2 范围for的使用条件

1. for循环迭代的范围必须是确定的
        对于数组而言,就是数组中第一个元素和最后一个元素的范围;对于类而言,应该提供
begin和end的方法,begin和end就是for循环迭代的范围

2. 迭代的对象要实现++和==的操作

6.指针空值nullptr

6.1 C++98中的指针空值

在良好的C/C++编程习惯中,声明一个变量时最好给该变量一个合适的初始值,否则可能会出现
不可预料的错误。
NULL实际是一个宏,在传统的C头文件(stddef.h)中,可以看到如下代码:
#ifndef NULL
#ifdef __cplusplus
#define NULL   0
#else
#define NULL   ((void *)0)
#endif
#endif
可以看到,NULL可能被定义为字面常量0,或者被定义为无类型指针(void*)的常量。不论采取何
种定义,在使用空值的指针时,都不可避免的会遇到一些麻烦,例:
void f(int)
{
 cout<<"f(int)"<<endl;
}
void f(int*)
{
 cout<<"f(int*)"<<endl;
}
int main()
{
 f(0);
 f(NULL);
 f((int*)NULL);
 return 0;
}

这个程序本意是想通过f(NULL)调用指针版本的f(int*)函数,但是由于NULL被定义成0,因此与程序的初衷不符合。
在C++98中,字面常量0既可以是一个整形数字,也可以是无类型的指针(void*)常量,但是编译器
默认情况下将其看成是一个整形常量,如果要将其按照指针方式来使用,必须对其进行强转(void
*)0。
所以在C++中我们引入了指针空值nullptr
注意:
1. 在使用 nullptr 表示指针空值时,不需要包含头文件,因为 nullptr C++11 作为新关键字引入
2. C++11 中, sizeof(nullptr) sizeof((void*)0) 所占的字节数相同。
3. 为了提高代码的健壮性,示指针空值时建议最好使用 nullptr

初识C++也圆满完成了,下一篇我们将进行对类的学习。

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