C++基本知识（二）---函数重载、引用、内联函数、auto关键字

1.函数重载

2.引用

3.内联函数

4.auto关键字(C++11)

5.指针空值nullptr(C++11)

1.函数重载

重载函数是函数的一种特殊情况，为方便使用，C++允许在同一范围中声明几个功能类似的同名函数，但是这些同名函数的形式参数（指参数的个数、类型或者顺序）必须不同，也就是说用同一个函数完成不同的功能。这就是重载函数。重载函数常用来实现功能类似而所处理的数据类型不同的问题。不能只有函数返回值类型不同。

#include<iostream>
using namespace std;
// 1、参数类型不同
int Add(int a, int b)
{cout << "int Add(int a, int b)" << endl;return a + b;
}
double Add(double a, double b)
{cout << "double Add(double a, double b)" << endl;return a + b;
}
// 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(10, 20);Add(10.1, 20.2);f();f(10);f(10, 'a');f('a', 10);return 0;
}

为什么C++支持函数重载，C语言不支持函数重载？

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？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？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】。

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;
}

C语言编译后：

C++编译后结果：

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.引用

引用的定义

引用变量是一个别名，也就是说，它是某个已存在变量的另一个名字。一旦把引用初始化为某个变量，就可以使用该引用名称或变量名称来指向变量。（引用类型必须和引用实体是同种类型的）

1、引用在定义时必须初始化
   int a = 10;
   int& b;

2、一个变量可以有多个引用
   int a = 10;
   int& b = a;
   int& c = a;
   int& d = b;
   double d = 1.1;//命名冲突，同一个作用域里不能同名

  3、引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体
   int a = 10;
   int& b = a;
   int c = 20;
   b = c;//把c赋值给b

引用的使用

1.引用做参数

include <iostream>
// _Z4swappipi
void swap(int* p1, int* p2) // 传地址
{int tmp = *p1;*p1 = *p2;*p2 = tmp;
}// _Z4swapriri
void swap(int& r1, int& r2) // 传引用
{int tmp = r1;r1 = r2;r2 = tmp;
}
// _Z4swapii
//void swap(int r1, int r2)   // 传值
//{
//	int tmp = r1;
//	r1 = r2;
//	r2 = tmp;
//}int main()
{int x = 0, y = 1;swap(&x, &y);swap(x, y);return 0;
}

传地址、传引用、传值三个构成函数重载，但是swap(x, y);调用时存在歧义，他不知道调用传值还是传引用。

2.引用做返回值

通过使用引用来替代指针，会使 C++ 程序更容易阅读和维护。C++ 函数可以返回一个引用，方式与返回一个指针类似。当函数返回一个引用时，则返回一个指向返回值的隐式指针。

传值返回会有一个拷贝，传引用返回直接返回变量的别名。

错误演示：

正确用法：

结论：

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。

如果x是一个大对象或者是深拷贝的对象，那么尽量用引用传参，减少拷贝。如果f函数中不改变x,尽量用cosnt引用传参。

3.常引用

//void f(int& x)
void f(const int& x)
{
   cout << x << endl;
}
// 常引用
int main()
{
   // 权限放大不可以
   //const int a = 10;
   //int& b = a;

   // 权限不变可以
   const int a = 10;
   const int& b = a;

   // 权限的缩小可以
   int c = 10;
   const int& d = c;

   f(a);
   f(c);
   f(10);

   return 0;
}

C++ 引用 vs 指针

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

以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。

如果在上述函数前增加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。

优点: 当函数体比较小的时候, 内联该函数可以令目标代码更加高效. 对于存取函数以及其它函数体比较短, 性能关键的函数, 鼓励使用内联.

缺点: 滥用内联将导致程序变慢. 内联可能使目标代码量或增或减, 这取决于内联函数的大小. 内联非常短小的存取函数通常会减少代码大小, 但内联一个相当大的函数将戏剧性的增加代码大小. 现代处理器由于更好的利用了指令缓存, 小巧的代码往往执行更快。

只有当函数只有 10 行甚至更少时才将其定义为内联函数.

4.auto关键字(C++11)

auto可以自动推导数据类型

const int a = 0;
   int b = 0;
   // 自动推导c的类型
   auto c = a;
   auto d = 'A';
   auto e = 10.11;

   // typeid打印变量的类型
   cout << typeid(c).name() << endl;
   cout << typeid(d).name() << endl;
   cout << typeid(e).name() << endl;

auto在实际中使用的场景

#include <string>
#include <map>
int main()
{
std::map<std::string, std::string> m{ { "apple", "苹果" }, { "orange",
"橙子" },
{"pear","梨"} };
std::map<std::string, std::string>::iterator it = m.begin();
while (it != m.end())
{
//....
}
return 0;
}

std::map<std::string,std::string>::iterator 是一个类型，但是该类型太长了，特别容易写错。使用auto根据右边的值去自动推导it的类型，写起来就方便了。

auto it = dict.begin();

auto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声明引用类型时则必须加&

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。

void TestAuto() {

auto a = 1, b = 2;

auto c = 3, d = 4.0; // 该行代码会编译失败，因为c和d的初始化表达式类型不同 }

auto不能推导的场景

1. auto不能作为函数的参数

// 此处代码编译失败，auto不能作为形参类型，因为编译器无法对a的实际类型进行推导 void TestAuto(auto a) {}

2. auto不能直接用来声明数组

void TestAuto() {

int a[] = {1,2,3};

auto b[] = {4，5，6};

}

auto在for循环中的应用

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

在C++98中如果要遍历一个数组，可以按照以下方式进行：

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

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。

    int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };

    // C++11 范围for
   // 自动依次取数组array中的每个元素赋值给e
   for (auto e : array)
   {
       cout << e << endl;
   }

范围for也可以将取出来的值指定类型，不一定要和auto结合使用。

int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };

for (int x : array)
   {
   cout << x << endl;
   }

5.指针空值nullptr(C++11)

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，比如未初始化的指针。如果一个指针没有合法的指向，我们基本都是按照如下方式对其进行初始化：

void fPtr() {

int* p1 = NULL;

int* p2 = 0;

// ……

}

NULL实际是一个宏，在传统的C头文件(stddef.h)中

#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。这样可能会遇到一些问题：

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，因此与程序的初衷相悖。

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。

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是C++11作为新关键字引入的。

2. 在C++11中，sizeof(nullptr) 与 sizeof((void*)0)所占的字节数相同。

3. 为了提高代码的健壮性，在后续表示指针空值时建议最好使用nullptr。