C++必修：从C到C++的过渡(下）

news2025/1/18 21:14:28

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所属专栏：C++学习
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1. 缺省参数

1.1. 缺省参数的使用

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。

void func(int a = 0)
{
	cout << a << endl;
}
int main()
{
	func();  // 没有传参时，使用参数的默认值，输出0
	func(1); // 传参时，使用指定的实参，输出1
	return 0;
}

img

1.2. 缺省参数的分类

根据其缺省参数的个数，我们我可以将缺省参数分为全缺省与半缺省。

1.2.1. 全缺省

每一个参数都有缺省值。

#include<iostream>
using namespace std;
void func(int a = 0,int b = 1,int c = 2)
{
	cout <<"a=" << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;
	cout << "c = " << c << endl;
}
int main()
{
	func();//不穿参数
	func(10,20);//半传参数
	func(10, 20, 30);//全传
	return 0;
}

img

1.2.2. 半缺省

只有一部分参数有缺省值，并且半缺省参数必须从右往左依次来给出，不能间隔着给。

#include<iostream>
using namespace std;
void func(int a ,int b=1,int c=2)
{
	cout <<"a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;
	cout << "c = " << c << endl;
}
int main()
{

	func(10,20);//半传参数
	cout << endl;
	func(10, 20, 30);//全传
	return 0;
}

img

1.2.3. 注意

在使用缺省参数时，我们也要知道一些注意事项：

  1. 传参时不能间隔传参。
void func(int a ,int b=1,int c=2)
{
	cout <<"a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;
	cout << "c = " << c << endl;
}
func(,10,20)//error
  1. 缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现
//test.h
void Func(int a = 10);//声明
// test.cpp
void Func(int a = 20)//定义
{}
  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)。

2. 函数重载

2.1. 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

2.2. 函数重载的分类

2.2.1. 参数类型不同
int Add(int a, int b)
{
	return a + b;
}
double Add(double a, double b)
{
	return a + b;
}
2.2.2. 参数个数不同
int Add(int a, int b)
{
	return a + b;
}
int Add(int a, int b, int c)
{
	return a + b;
}
2.2.3. 参数类型顺序不同
int Add(char a, int c)
{
	return a + c;
}
int Add(int a, char c)
{
	return a + c;
}

2.3. 注意

  1. 返回值类型不同无法构成函数重载
int Add(int a, int b)
{
	return a + b;
}
double Add(int a,int b)//error
{
	return a + b;
}
  1. 缺省值不同也不能构成函数重载
int Add(int a=1, int b=20)
{
	return a + b;
}
int Add(int a=1, int b=2)//error
{
	return a + b;
}

2.4. 函数名修饰规则

为什么返回值不同，缺省值不同就不能构成函数重载呢？这就要涉及C++的函数名修饰规则。

我们在C语言当中学习编译与链接时就知道C/C++程序运行起来要经历的四个阶段：

  • 预处理：头文件展开、宏替换、条件编译、去掉注释，生成 .i 的文件。.h的文件直接被展开。
  • 编译： 语法检查（语法分析、语义分析、词法分析）、符号汇总、生成汇编代码，生成.s文件。
  • 汇编： 把汇编代码转换为二进制机器码，形成符号表，生成.o文件。符号表里存放定义函数的地址信息。
  • 链接： 合并目标文件、段表，符号表的合并和符号表的重定位，.o格式的目标文件合并到一起，生成.out/.exe文件。

img

我们在调用函数时，就需要去.o文件调用对应的函数地址，然后去调用函数。因为要区分函数重载的相同函数名的函数，所以函数名肯定要被修饰过，并且每个编译器的修饰规则都不一样。而在C语言中就没有这样的修饰规则，所以C语言不支持函数重载。

下面我们可以看看在g++编译下的函数修饰规则：

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, NULL);
	return 0;
}

img

g++的函数修饰规则相对较简单：

_Z+函数名长度+每个参数类型

3. 引用

3.1. 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 。其语法为：

引用对象类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体；

引用类似于指针，因为指向同一块空间，所以改变引用变量引用实体也会改变。

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
	int a = 1;
	int& b = a;//引用
	cout << &a << endl;
	cout << &b << endl;
	b++;
	cout << a << endl;
	cout << b << endl;
	return 0;
}

img

3.2. 注意

  1. 引用在定义时必须初始化
int&b;//必须初始化
  1. 一个变量可以有多个引用
int a=1;
int&b=a;
int&c=a;//多个引用
  1. 引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体
int a=1;
int&b=a;
b=2;//这时是赋值，相当于a=b=2;

3.3. 常引用

我们可以通过const修饰引用来让其变为常引用。这时引用变量是不能被修改的，并且只能将常变量复杂给常引用，不能将常变量赋值给引用。也可以将变量赋值给常引用。

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
	const int a = 1;//常变量
	const int& b = a;//right
	int& c = a;//error
	int c = 2;
	const int& d = c;//right
	double pi = 3.14;
	int& e = pi;//error
	//pi是浮点型，赋值给整型类型会发生隐式类型
	//这个隐式类型转换的值是个常变量
	const int& f = pi;
	return 0;
}

3.4. 引用的使用场景

3.4.1. 作为函数的参数
int swap(int& a, int& b)
{
	int tmp = 0;
	tmp = a;
	a = b;
	b = tmp;
}

做参数就可以解决C语言中形参的改变无法影响实参的问题。

3.4.2. 做函数返回值

做函数返回值要注意，返回的值应在出了作用域不被销毁。不能可能出现于野指针类似的问题。

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

3.5. 错误示例

int& Add(int a, int b)
{
	int c = a + b;
	return c;
}
int main()
{
	int& ret = Add(1, 2);
	Add(3, 4);
	cout << ret <<endl;
	return 0;
}//输出什么

img

为什么会输出7呢？那是因为在第二次调用函数Add(3,4)时，会在原来第一次调用Add(1,2)建立栈帧的空间上建立栈帧所以返回值c的值会被重新覆盖，ret值也会发生改变。但因为这块空间出了作用域也会还给操作系统，所以具体结果也是未定义的。

那我们应该如何修改呢？

int Add(int a, int b)
{
	int c = a + b;
	return c;
}
int main()
{
	int ret = Add(1, 2);
	Add(3, 4);
	cout << ret << endl;
	return 0;
}

传值返回在函数栈帧销毁前，会先将返回值拷贝放在寄存器中。

3.6. 传值与传引用

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。

我们可以通过下列代码观察一下：

#include<iostream>
using namespace std;
#include <time.h>
struct A 
{ 
	int a[10000]; 
};
void TestFunc1(A a) 
{}
void TestFunc2(A& a) 
{
}
void TestRefAndValue()
{
	A a;
	// 以值作为函数参数
	size_t begin1 = clock();
	for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)
		TestFunc1(a);
	size_t end1 = clock();
	// 以引用作为函数参数
	size_t begin2 = clock();
	for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)
		TestFunc2(a);
	size_t end2 = clock();
	// 分别计算两个函数运行结束后的时间
	cout << "TestFunc1(A)-time:" << end1 - begin1 << endl;
	cout << "TestFunc2(A&)-time:" << end2 - begin2 << endl;
}
int main()
{
	TestRefAndValue();
	return 0;
}

img

3.7. 引用与指针的区别

引用的底层实现与指针其实并没有什么区别。

int main()
{
	int a = 10;
	int& ra = a;
	ra = 20;
	int* pa = &a;
	*pa = 20;
	return 0;
}

我们可以通过代码的汇编观察一下：

img

但是引用与指针还是有些区别。

不同点引用指针
概念变量的别名变量的地址
初始化必须建议
对象引用一个后不能修改可以修改指向对象
大小引用类型的大小在32位平台为4，64位平台为8
多级没有多级引用有多级指针
安全性更安全并不安全

4. 内联函数

在C语言中，无论宏常量还是宏函数都有易出错，无法调试等缺陷。而C++为了弥补这一缺陷，一般用const，enum代替宏常量，引入了内联函数的概念代替宏函数。

4.1. 内联函数的定义

以关键字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。

#include<iostream>
using namespace std;
inline int Add(int x, int y)
{
	return x + y;
}
int main()
{
	Add(1, 2);
	return 0;
}

4.2. 注意

  1. 内联函数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。内联函数的优势减少了调用开销，提高程序运行效率，缺陷就是可能会使目标文件变大。
  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)、不是递归、且频繁调用的函数采用inline修饰，否则编译器会忽略inline特性。
  3. inline不能声明和定义分离，分离会导致链接错误。因为inline被展开，就没有函数地址了，链接就会找不到。
//test.h
inline int Add(int x, int y);
//test.cpp
int Add(int x, int y)
{
	return x + y;
}

因为内联函数会在调用时直接展开，如果声明与定义分离内联函数的地址根本不会进入符号表，链接时就无法找到定义的函数，就会发生链接错误。

5. auto关键字

5.1. auto的简介

在C++中，随着程序越来越复杂，程序所用的类型也越来越复杂。为了简化代码，增加代码的可读性，C++11引入了自动类型推断auto。在C语言中，**auto修饰的变量，是具有自动存储器的局部变量。**但是实用性很小，所以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 a = 1;
auto b = a;//自动推断b的类型

5.2. 注意

  1. 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& 。
int x = 1;
auto a = &x;
auto* b = &x;
auto& c = x;
  1. 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 = 2, d = 3.14;//error
  1. auto不能作为函数的参数或者声明数组
void TestAuto(auto a)
{
    //auto不能推断形参的类型
}

6. 范围for

在C++98之前，我们遍历一个数组，需要按照以下的形式：

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
	int arr[] = { 1,2,3,4,5 };
	for (int i = 0; i < sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); i++)
	{
		cout << arr[i] << endl;
	}
	return 0;
}

但是在C++11，又引入了一种新的遍历方法——范围for。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。

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
	int arr[] = { 1,2,3,4,5 };
	for (auto e : arr)
	{
		cout << e << endl;
	}
	//取数组arr的值依次赋值给e
	//自动递增，自动判断结束
	return 0;
}

由于e是临时变量，所以要想改变数组的值，需要引用。

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
	int arr[] = { 1,2,3,4,5 };
	for (auto&e : arr)
	{
		e *= 2;
	}
	return 0;
}
  • 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。

7. nullptr空指针

在C语言中，定义了一个宏NULL，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

由此我们知道NULL既可以代表数字0，也可以代表空指针。这种模棱两可的定义就可能引出一些问题，比如下面这段代码：

#include<iostream>
using namespace std;
void func(int a)
{
	cout << "func(int)" << endl;
}
void func(int*p)
{
	cout << "func(int*)" << endl;
}
//函数重载
int main()
{
	func(0);
	func(NULL);
	func((int*)NULL);
	return 0;//输出？？
}

img
我们的本意可能是将NULL当成一个指针，但是在默认情况下NULL被编译器当做数字0。这种问题是我们并不想看见的，所以C++11引入了nullptr来代替NULL。

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