C++入门知识详解（2）

一、函数重载

1.什么是函数重载

重载的字面理解是重新载入的意思，也就是重新赋予某个事物新的含义，也就是所谓的一词多义。

而同名函数的形参个数或者形参类型或者形参顺序不同，那么就叫做函数重载。其中对函数的返回值并没有要求，也就是说函数返回值相同与不同不影响是否构成函数重载。

其实，函数重载就是对于函数的一词多义，两个或者多个函数的函数名相同，但是函数的功能却不同。

2.函数重载的几种情况

形参个数不同，构成重载。

同名函数，一个有参数，一个没有，构成函数重载；当把参数设置为缺省参数时，虽然依旧构成函数重载，但在无参调用函数时，会有歧义，导致编译错误。如下图

形参类型不同，构成重载。如下图

形参顺序不同，构成重载。如下图

返回值对函数重载无影响

函数名相同，函数参数顺序不同，构成重载，返回类型不同，依然构成重载。如下图

3.C++为什么支持函数重载

3.1编译和链接

一个程序要想运行起来，必须经过编译和链接，每一个过程都有对应的功能。这里我们简单了解即可。

通过编译过程，项目中的每个源文件都会在编译器的作用下生成对应的目标文件。也就是说在编译阶段，每个源文件之间是互不干扰的。而在链接阶段，会在链接器和生成的多个目标文件的作用下，生成一个可执行程序，也就是说，链接过程使得原本没有交集的源文件产生了交集。所谓的交集可以理解为，源文件之间彼此是互通共享的。如下图

3.2链接的重要性

一个项目可能包含多个源文件和头文件，如下图

该项目包含两个源文件，一个头文件，其中重载函数的声明在头文件func.h当中，定义在源文件func.cpp中，源文件func.cpp和test.cpp都包含了头文件func.h。

在上述项目的源文件test.cpp中，调用了在func.cpp中定义的函数，而test.cpp本身只包含了函数的声明（头文件）。那么函数的声明和定义在两个不同的源文件当中，该程序可以跑起来吗？答案是可以的，上面提到过，在链接的作用下，各个源文件之间是互通共享的，因此虽然调用函数的声明和定义不在一个源文件，但在链接的作用下，会找到是哪个源文件当中存在对应函数的定义。所以可以运行。如下图

当我们把func.cpp中函数的定义注释后，因为没有函数定义，所以链接过程会因为找不到函数定义而无法运行。如下图

3.3函数名修饰规则

由前文所说，我们知道了在链接的作用下，可以找到不同源文件中的函数定义，以此成功通过调用函数，成功运行程序。

那么如果存在函数重载，出现同名函数的情况下，如何找到我们想要的重载函数呢？

这里需要了解函数名修饰规则。可以将其理解为，经过编译过程后，会将原本的函数名根据其独特的函数参数做出一定修改，而构成函数重载的必要条件就是函数参数不同（参数顺序，参数个数，参数类型），因为函数的参数不同，所以在对函数名进行修改时也会不同，以此可以区分两个同名函数，也就可以支持函数重载。

不同的编译器，函数名修饰规则不同。linux下的修饰规则较为简单明了，我们来看一下。

在linux下创建并使用vim写好func.h,func.cpp,test.cpp。如下图

使用makefile写入依赖关系。如下图

g++是C++的编译器，$@表示：左边的内容， $^表示:右边的内容

g++ -o $@ $^ 表示的意思就是，用g++编译器由func.cpp和test.cpp编译生成可执行程序test.exe。

虽然makefile中并没有func.h，但make指令执行时实际上会在当前路径下自己寻找，所以效果就相当于由func.h,func.cpp,test.cpp生成可执行程序test.exe

在makefile写下依赖关系后，每次使用这条指令只需要输入make即可自动执行该语句，并且生成可执行程序 test.exe，使用./test.exe也可以运行该程序。如下图

当准备工作完成后，就可以使用指令objdump -S test.exe （该指令会尽可能将源代码生成汇编代码）来查看是否存在函数名修饰的情况发生（根据参数对函数名做出修改）。如下图

对于汇编代码我们无需理会，我们只要看到<_Z4funcii> 和<_Z4funcdd>即可

我们不难看出他们的共同点，都有_Z4和func，其中func是函数名，而_Z是函数修饰规则的一个默认前缀，数字4表示的是原本函数的长度

再看ii和dd，不难联想到，这其实就是函数参数类型的首字母。

也就是说，在c++编译器下，确实是存在函数名修饰规则的，这也就使得，即使是重载函数也会因为参数不同，导致在函数名修饰规则的作用下变得有所不同，也因此C++支持函数重载

3.4C语言为什么不支持函数重载

C语言没有函数名修饰规则来修饰同名函数，所以不支持函数重载

同样的方法，再来查看,可以发现，C语言编译器下，函数名依旧是其本身，没有任何的修饰和修改，所以C语言无法区分同名函数，也因此不支持函数重载

二、引用

1.什么是引用

1.1引用的概念

引用不是新定义一个变量，而是给已存在的变量取一个别名，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同用一块内存空间。

1.2引用符号与语法

引用符号为&，在C语言中的取地址符号，在C++中，也是引用符号

类型& 引用变量名（对象名）=引用实体；（引用实体就是变量名）

1.3引用的使用要求

前言：引用类型必须和引用实体是同种类型的。如果不同，则会报错。如下图

引用在定义时必须初始化。如下图

引用不初始化会报错，初始化则正常

一个变量可以有多个引用,但是一个引用只能引用一个实体。也就是说一个变量可以有多个别名，而一个别名只能对应一个实体。如下图

2.引用需要注意的地方

2.1关于引用

引用就相当于萧炎化名岩枭一样，无论是哪个名字，他们都是同一个人。

如下图，引用实体和几个引用变量的地址都是相同的，对引用实体做出改变时，引用变量也会改变

2.2引用的一些问题

1.引用还是赋值

前情提要：引用只能认定一个引用实体，不能更改成为另一个变量的别名。

在C++中，语句c=b，是将b的值赋值给c

同时，牵一发而动全身，别名和引用实体实际上是同一个身份，因此a和c都会被更改。如下图

2.不同类型能否被引用

在引用的使用要求中提过，引用实体的类型和引用变量的类型必须相同才能使用引用。

引用实体为double类型，引用变量是int类型时，确实不能引用，如下图

在发生类型转换的时候，拷贝的是右值的临时变量。如下图

b拷贝给c，类型不同，使用发生类型转换，b会产生一个临时变量，而临时变量具有常性，常性可以理解为是被const修饰

类型不同不能引用只是一部分原因，根本原因是引用时，权限不能放大

上图中，引用实体和引用变量的类型不同时，并不能引用，当在引用变量的类型前添加const时，可以成功通过。这是因为，c引用b时，因为类型不同，会发生隐式类型转换，而隐式类型转换会产生一个具有常性的b的临时变量，而引用过程权限不能放大，只能平移或者缩小，因此添加const即可通过

2.3常引用

前情提要：在引用过程中，权限不能放大，只能平移或者缩小权限放大，如下图

a有const修饰，只有读权限，拿b做引用时，b的类型确是int ，读写权限都有，因此不可以引用

权限平移，如下图

a,b的类型完全相同，都是const int，权限也都是可读不可写，可以引用

权限缩小，如下图

a的权限是可读可写，但是引用b的权限是可读不可写，权限缩小，这是可以的

此时仍然可以对引用实体a进行写操作，但是不可以对b进行写操作。如下图

可以理解为别名的身份没有本体混得好（权限缩小），所以处于别名身份时，会受到约束，而本体不会受到约束

2.4别名的别名

给某个引用实体起别名，再给这个别名起别名，新起的别名也是引用实体的别名，三者本质相同。如下图

3.引用的用途

3.1引用做参数

3.1.1引用做参数的好处

1.输出型参数（形参的改变可以改变实参）

在C语言中，参数传递分为值传递和地址传递，当我们想要通过改变形参进而改变实参时，必须采用地址传递的方法。

而在C++中，可以使用引用做参数，此时引用不需要初始化。因为引用只是起别名，所以形参的改变也会改变实参。如下图

其次，在不带头的单链表中对链表进行增删的时候，函数参数采用的都是二级指针，现在有了引用，可以直接使用引用做参数，来改变实参。

关于typedef struct SingleLinkedListNode{}*node；

node就是一个结构体指针，它的类型为struct SingleLinkedListNode*

我们只将头插函数的形参改为引用，查看结果即可。同时，头插函数也需要做出相应修改。因为链表头指针的类型为struct SingleLinkedListNode*，所以引用的类型也是struct SingleLinkedListNode*，也就是Node。如下图

函数调用更改为引用做形参的头插函数，和二级指针的效果一样。如下图

2.提高效率（大对象）

使用引用做形参，一定程度可以提高效率。如下图

3.2引用做返回值

3.2.1值作为返回值

值作为返回值.如下图

可以看到，我们在函数func内创建了变量a，并且加上了static修饰，使得局部变量改为在静态区存储，因此变量a在func函数调用结束后也不会销毁。

实际上，值作为返回值，无论变量a是出了函数作用域就会被销毁的局部变量，还是不会被销毁的静态区变量，最后返回的都并不是a本身，而是a的一个临时拷贝的值，最后将这个拷贝的值赋值给ret。

3.2.2引用作为返回值的问题

引用作为返回值时，返回的就会是变量本身，而不是变量的临时拷贝。如如下图

此时，变量a就必须加上static使其函数调用结束后不会被销毁。因为func函数返回的是变量a的别名，如果a是局部变量，函数调用结束后，func的函数栈帧也会被销毁，a也不复存在，也不会有引用一说。

但实际上，函数调用后函数栈帧空间更准确来说应该是归还。因此，如果函数调用结束后，如果没有调用别的函数，那么栈帧原本的栈帧空间不会被覆盖，也就是不会被清理，那么会正确返回变量的别名，如果栈帧已经被清理（覆盖），那么返回的将是一个随机值。

也因此，对局部变量进行引用返回时，是一件不靠谱且危险的事情，要慎用引用返回。如下图

3.2.3用引用接收引用

如下图

函数func的返回值是引用，接收引用的变量ret也是一个引用，此时是什么情况呢？其实就是上文提到的引用的引用

函数func返回的是变量a的引用，而ret是返回的引用的引用，也就是说，ret也是变量a的引用，ret和a共用同一空间。如下图

3.2.4引用做返回值的好处

和引用做参数一样，引用做返回值时，也无需进行拷贝，尤其是返回对象较大时，因此也可以提升效率

3.2.5关于引用的小结

在任何情况下，都可以拿引用做参数。但是引用的使用需要慎重。

这是因为，引用做返回值时，如果引用的是局部变量，返回是可能会返回随机值，使用存在风险。

引用做返回值时，全局变量，静态变量，或者malloc出来的都可以引用返回，因为他们不会被立即销毁。