C++真的是 C加加

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文章目录

前言
Ⅰ. 函数重载
- 0x00 重载规则
- 0x01 函数重载的原理名字修饰
Ⅱ. 引用
- 0x00 引用的概念
- 0x01 引用和指针区分
- 0x03 引用的本质
- 0x04 引用的特性
- 0x05 引用的使用场景
- 0x06 常引用
- 0x07 指针和引用区别
Ⅲ. 结语

前言

亲爱的夏目友人帐的小伙伴们，今天我们继续讲解 C++ 入门的知识 函数重载 和引用这里的知识虽然入门，但是却是你后面更加深入学习 C++ 知识的钥匙，所以请跟着夏目学长一起进入 C++ 的世界吧！

Ⅰ. 函数重载

函数重载的定义：

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。

我们都知道 C++ 是对 C语言的 “升级版” 所以不难想到：函数重载就是对 C语言的扩展知识，C语言当中是不允许函数名字是相同的，如果出现则就会报错，而在 C++ 却是可以的。

0x00 重载规则

如果一个函数想要满足函数重载，则需要满足重载规则(其中一个)：

参数类型不同
参数个数不同
参数类型顺序不同

而对于 C++ 函数重载即函数名字相同是可以存在的。
下面根据上面的三个规则给出具体的例子。

// 参数类型不同
int add(int left , int right)
{
    return left + right;
}

int add(double left , double right)
{
    return left + right;
}

// 参数个数不同
int add(double left , double right , int mid)
{
    return left + right;
}

// 参数类型顺序不同
int add(int left , int right)
{
    return left + right;
}

char add(char right , char left)
{
    return left + right;
}

值得注意的是：函数重载需要在同一块命名空间

因为函数重载是根据类型识别的，所以对于相同类型的数据，顺序不同，不构成函数重载，而且编译器无法识别：

// 错误样例 不构成重载
int add(int left , int right)
{
    return left + right;
}

int add(int right , int left)
{
    return left + right;
}

0x01 函数重载的原理名字修饰

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。

从汇编角度来讲：调用函数处会变成 call + add(地址) 的形式，然后通过汇编指令完成调用。

所以对于C语言来说，就是依靠函数名去找函数的，如果函数名相同，则会冲突，因为不知道找哪个函数.

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对于C++来说，不同平台就有不同的修饰规则，对于 vs 上比较复杂所以退而求其次，这里我们讲 Linux 上的：

int add(int left, int right)
{
	return left + right;
}

对于这个函数，就会被修饰为 _Z3addii

我想这里你肯定看不懂，所以我先给你讲解一下Linux系统下修饰的规则：

Linux 下修饰规则—格式： _ Z + 函数名称长度 + 函数名 + 类型首字母

下面是验证的例子：

在这里插入图片描述
对于相同名字的函数，函数重载就根据参数的类型，顺序，个数，以这些为基准，来区别不同的函数。

而根据上面的验证，我们也知道为什么 返回值不同 和 参数类型相同但顺序不同 为什么不能构成函数重载的原因：

因为对于参数类型相同但顺序不同，形成的后缀还是一样的，并不能区分该调用哪个函数；而对于返回值不同的其他都相同的函数来说，则是因为分不清调用哪个函数，不仅仅是因为函数返回值不在修饰规则内。

Windows 下修饰规则（简单了解）：

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Ⅱ. 引用

0x00 引用的概念

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。

通俗来讲：别名，又可以说是外号，代称，比如水浒传里几乎是别名最多的地方。李逵，在家称为"铁牛"，江湖上人称"黑旋风"。铁牛和黑旋风就是李逵的别名。

#include<iostream>

using namespace std;

int main()
{
    int a = 10;
    int& b = a;// b是a的引用

    cout << a << endl;
    cout << b << endl;
    
    return 0;
}

0x01 引用和指针区分

我们在学习 C语言的时候知道 & 是取地址的意思，所以在这里要给大家讲讲 & 的含义。

& 就是引用，但是& 这个操作符和取地址 & 操作符是重叠的。

所以它们需要不同的场景规范：

当 &b 单独存在时，这时就代表取地址，为取出变量的地址。

但是如果这样：

#include<iostream>

using namespace std;

int main()
{
    int a = 10;
    int& b = a; //引用

    int* ptr = &a; // 取地址

    return 0;
}

0x03 引用的本质

我们可以打开调试窗口进行查看a和b的地址和值:

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我们发现a和b不仅值相等，连地址也是相同的。而这就说明，b 就是 a ，在语法层面上，这里 b 并不是开辟的新空间，而是对原来的 a 取了一个新名称，叫做 b 。

就好比李逵被叫做黑旋风一样，李逵还是李逵，黑旋风也是它；而 a 就是 a ，但是 b 也是 a 。

而如果这时候对 a 或 b 任意一个修改，那么 a 和 b 都会发生修改。

#include<iostream>

using namespace std;

int main()
{
    int a = 10;
    int& b = a; //引用

    b = 20;
    cout << b << endl;
    cout << a << endl;
    return 0;
}

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0x04 引用的特性

1. 引用在定义时必须初始化

// 错误样例
int main()
{
    int a = 10;
    int& b;
    return 0;
}

在这里插入图片描述
引用是取别名，所以在定义的时候必须明确是谁的别名。

2. 一个变量可以有多个引用

一个变量也可以有多个别名。

int main()
{
    int a = 10;
    int& b = a;
    int& c = a;
    int& d = a;
    
    return 0;
}

而对于一个起过别名的变量，对它的别名取别名也是可以的。

就好比说有人可能知道李逵也叫铁牛，并不知道他真实姓名，但是他觉得李逵很黑，于是叫他黑旋风，这也没问题，因为这里描述的都是一个人，同理，描述的也是同一个变量。

int main()
{
    int a = 10;
    int& b = a;
    int& c = b;
    int& d = c;

    return 0;
}

3. 引用一旦引用一个实体，就不能引用其他实体

int main()
{
	int a = 10;
	int& b = a; // 引用

	int c = 20;
	b = c;// 赋值操作

	return 0;
}

引用一旦引用一个实体，就不能引用其他实体，引用是不会发生改变的。

但是对于指针，则是截然不同的：

int main()
{
	int a = 10;
	int c = 20;

	int* p = &a;
	p = &c;

	return 0;
}

对于指针来说，指针可以时刻修改：

p原本指向 a , 现在指向 c

但是引用也有局限性，因为引用之后的变量是不可修改引用的，比如链表，节点是要不断更替迭代的，所以还需要指针配合，C++才可以写出一个链表。

0x05 引用的使用场景

1. 做参数

我们知道实参的改变不影响实参，所以这种写法并不能改变值，因为此刻是传值调用：

#include<iostream>

using namespace std;

void Swap(int x,int y)
{
    int tmp = x;
    x = y;
    y = tmp;
}

int main()
{
    int a = 10;
    int b = 20;

    cout << "a = " << a << " " << "b = " << b << endl;

    Swap(a,b);

    cout << "a = " << a << " " << "b = " << b << endl;

    return 0;
}

使用引用修改后：

#include<iostream>

using namespace std;

void Swap(int& x,int& y)
{
    int tmp = x;
    x = y;
    y = tmp;
}

int main()
{
    int a = 10;
    int b = 20;

    cout << "a = " << a << " " << "b = " << b << endl;

    Swap(a,b);

    cout << "a = " << a << " " << "b = " << b << endl;

    return 0;
}

x 和 y 分别是 a 和 b 的引用，对 x 和 y 进行修改，就是对 a 和 b 进行修改，所以值也被修改成功了。

它们的地址是完全相同的。而这里这里既不是传值调用，也不是传址调用，而是传引用调用 。

思考：上面三个函数是否构成函数重载？ 构成，但无法调用。

根据函数名修饰规则，传值和传引用的是不一样的，比如会加上 R 做区分。

但是不能同时调用传值和传引用，因为有歧义，因为调用不明确，编译器并不知道调用哪个:

#include<iostream>

using namespace std;

void Swap(int& x,int& y)
{
    int tmp = x;
    x = y;
    y = tmp;
}

void Swap(int x,int y)
{
    int tmp = x;
    x = y;
    y = tmp;
}

int main()
{
    int a = 10;
    int b = 20;

    cout << "a = " << a << " " << "b = " << b << endl;

    Swap(a,b);

    cout << "a = " << a << " " << "b = " << b << endl;

    return 0;
}

2. 引用解决二级指针生涩难懂的问题

讲单链表时，我们写的由于是没有头结点的链表，所以修改时，需要二级指针，对于指针概念不清晰的小伙伴们可能比较难理解。

但是学了引用，就可以解决这个问题：

结构定义：

typedef struct SListNode
{
	int data;
	struct SListNode* next;
}SLTNode;

原代码：

void SListPushFront(SLTNode** pphead, SLTDateType x)
{
	SLTNode* newnode = BuyListNode(x);
	newnode->next = *pphead; 
	*pphead = newnode;
}

// 调用
SLTNode* pilst = NULL;
SListPushFront(&plist);

修改后：

void SListPushFront(SLTNode*& pphead, SLTDateType x) // 改
{
	SLTNode* newnode = BuyListNode(x);
	newnode->next = *pphead; 
	*pphead = newnode;
}

// 调用
SLTNode* pilst = NULL;
SListPushFront(plist); // 改

修改之后的代码里的二级指针被替换成了引用。

而这里的意思就是给一级指针取了一个别名，传过来的是plist，而plist 是一个一级指针，所以会出现 * ，而这里就相当于 pphead 是 plist 的别名。而这里修改 pphead ，也就可以对 plist 完成修改。

但是有时候也会这么写：

结构定义：

typedef struct SListNode
{
	int data;
	struct SListNode* next;
}SLTNode, *PSLTNode;

这里的意思就是将 struct SListNode* 类型重命名为 PSLTNode 。

void SListPushFront(PSLTNode& pphead, SLTDateType x) // 改
{
	PSLTNode newnode = BuyListNode(x);
	newnode->next = pphead; 
	pphead = newnode;
}

// 调用 
PSLTNode plist = NULL;
SListPushFront(plist);

在 typedef 之后，PSLTNode 就是结构体指针，所以传参过去，只需要在形参那边用引用接收，随后进行操作，就可以达成目的。

而形参的改变影响实参的参数叫做输出型参数，对于输出型参数，使用引用十分方便

3.做返回值

//用引用来接收n的引用
#include<iostream>
using namespace std;
int& Count(int x)
{
	int n = x;
	n++;
	// ...
	return n;
}

int main()
{
	int& ret = Count(10);//随机值
	cout << ret << endl;

	Count(20);
	cout << ret << endl;//随机值

	return 0;
}

这里打印ret的值是不确定的

如果Count函数结束，栈帧销毁，栈帧没有清理，那么ret的值是侥幸正确的

如果Count函数结束，栈帧销毁，栈帧被清理，那么ret的值是随机值

这里可能是编译器的问题，结果和我们预想的是一样的，但是别的编译器来运行可能就会是随机值
当第一次调用Count函数时返回n的引用。
第二次调用相同的函数，栈帧用的是同一块空间，并且 ret 是 n 的引用的别名，所以出现与传参预期的结果一样，那么当调用其他不同的函数后，那么该栈帧就会被覆盖，则第二次打印ret就会出现随机值了，所以这样使用ret是错误的。

// 正确的做法
#include<iostream>
using namespace std;
int& Count(int x)
{
	static int n = x;
	n++;
	// ...
	return n;
}

int main()
{
	int& ret = Count(10);
	cout << ret << endl;

	Count(20);
	cout << ret << endl;

	return 0;
}

而这时 static 修饰的静态变量不委屈了：n不会被销毁，所以就不会产生随机值这一错误了

0x06 常引用

以前学习C语言的时候我们知道：const 修饰的是常变量，不可修改。

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

a 本身都不能修改，b 为 a 的引用，那么 b 也不可以修改，这样就没意义了。a 是只读，但是引用 b 具有 可读可写 的权利，该情况为 权限放大 ，所以错误了。

这时，只要加 const 修饰 b ，让 b 的权限也只有只读，使得权限不变 ，就没问题了：

int main()
{
    const int a = 10;
    const int& b = a;

    return 0;
}

而如果原先变量可读可写，但是别名用 const 修饰，也是可以的，这种情况为权限缩小：

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对于函数的返回值来说，也不能权限放大，例如：

int func()
{
    static int n = 0;
    n++;
    return n;
}

int main()
{
    int& ret = func();// 错误的

    return 0;
}

这样也是不行的，因为返回方式为 传值返回 ，返回的是临时变量，具有常性，是不可改的；而引用放大了权限，所以是错误的；这时加 const 修饰就没问题：const int& ret = func()

0x07 指针和引用区别

从语法概念上来说，引用是没有开辟空间的，而指针是开辟了空间的，但是从底层实现上来说，则又不一样：

int main()
{
	int a = 10;
	
	int& r = a;
	r = 20;

	int* p = &a;
	*p = 20;
	return 0;
}

其实从汇编上，引用其实是开空间的，并且实现方式和指针一样，引用其实也是用指针实现的。

区别汇总：

引用概念上定义一个变量的别名，指针存储一个变量地址
引用在定义时 必须初始化 ，指针最好初始化 ，但是不初始化也不会报错
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
没有NULL引用，但有NULL指针
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)
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
有多级指针，但是没有多级引用
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
引用比指针使用起来相对更安全

Ⅲ. 结语

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📌 [ 笔者 ]   夏目浅石.
📃 [ 更新 ]   2023.9.21
❌ [ 勘误 ]   /* 暂无 */
📜 [ 声明 ]   由于作者水平有限，本文有错误和不准确之处在所难免，
              本人也很想知道这些错误，恳望读者批评指正！

📜 参考文献：
B. 比特科技. C/C++[EB/OL]. 2021[2021.8.31]

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