【C++】：函数重载，引用，内联函数，auto关键字，基于范围的for循环，nullptr关键字

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一，函数重载1.1 函数重载的定义1.1.1.形参的类型不同1.1.2参数的个数不同1.1.3.参数的顺序不同1.1.4.有一个是缺省参数构成重载。但是调用时存在歧义1.1.5.返回值不同，不构成重载。因为返回值可接收，可不接受，调用函数产生歧义。 1.2 C++支持函数重载的原理 -- 名字修饰 二，引用2.1 引用的概念2.2 引用的使用场景2.2.1 引用做参数2.2.2 引用做返回值 2.3 引用特性2.4 引用的权限问题2.4.1 举例12.4.2 举例22.4.3 举例32.4.4 总结 2.5 常引用2.5.1 类型转换时2.5.2 表达式运算时 2.6 传值、传引用效率比较2.7 引用和指针的区别 三，内联函数3.1 内联函数的概念3.2 inline 关键字3.3 内联的特性 四，auto关键字(C++11)4.1 给类型取别名4.2 可由初始化自动推导类型4.3 auto不能推导的场景 五，基于范围的for循环5.1 范围for的语法5.2 范围for的使用条件 六，nullptr关键字

一，函数重载

在C语言中，同名函数是不能出现在同一作用域的，但是在C++中却可以，但是要满足函数重载的规则。

那什么是函数重载呢？它的规则是什么呢？

1.1 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。

举几个例子：

1.1.1.形参的类型不同

void Swap(int* pa, int* pb){cout << "void Swap(int* pa, int* pb)" << endl;}void Swap(double* pa, double* pb){cout << "void Swap(double* pa, double* pb)" << endl;}int main(){int a = 0, b = 1;double c = 1.1, d = 2.2;Swap(&a, &b);Swap(&c, &d);return 0;}

1.1.2参数的个数不同

1.1.3.参数的顺序不同

void f(int a, char b){cout << "void f(int a, char b)" << endl;}void f(char c, int d){cout << "void f(char c, int d)" << endl;}int main(){int a = 0, b = 1;double c = 1.1, d = 2.2;f(1,'c');f('d',3);return 0;}

1.1.4.有一个是缺省参数构成重载。但是调用时存在歧义

void f(){cout << "void f()" << endl;}void f(int a = 10){cout << "void f(int a = 10)" << endl;}int main(){int a = 0, b = 1;double c = 1.1, d = 2.2;f();f(5);return 0;}

1.1.5.返回值不同，不构成重载。因为返回值可接收，可不接受，调用函数产生歧义。

int f(){return 0;}void f(){cout << "void f(char c, int d)" << endl;}int main(){int a = 0, b = 1;double c = 1.1, d = 2.2;int ret = f();cout << ret << endl;f();return 0;}

1.2 C++支持函数重载的原理 – 名字修饰

为什么C++存在重载，C语言不支持？C++为什么支持？

这两个问题深究起来十分复杂。它们与预处理、编译、汇编、链接有极大的关系，这里只是大致解释，只要记住结论即可。

在一般的工程项目中，都会进行多文件操作，那一个函数就一定会声明与定义分离。

通过上图我们需要知道的两点：

1.函数的地址：转到反汇编时，每个函数都有一堆要执行的指令，函数的地址是第一句指令的地址。
2.函数的地址要依靠函数的定义生成，而不是函数声明。

函数的重载发生在函数链接的时候。
C语言在链接时，直接用函数名去查找，当遇到同名函数时，无法区分，就不支持重载。
C++在链接时，直接用修饰后的函数名去查找，当遇到同名函数时，可以区分，支持重载。

其实不同的编译器有不同的函数名修饰规则。
在Linux的g++编译器下：

C语言不支持重载，直接就是函数名：

C++支持重载，有函数名的修饰：

上面的图文看不懂没关系。通过上面的分析。可以得出结论：

在项目工程中，使用多文件操作，函数的定义与声明分离，而在链接的时候，要用函数名去找地址。C语言直接用函数名去查找，当遇到同名函数时，无法区分，而C++有函数名修饰规则，只要参数不同，修饰出来的名字就不一样，可以区分 。并且不同编译器的修饰规则不同。

二，引用

2.1 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。也可以给别名再取别名。

举个例子：

int main(){int a = 1;//引用：&  b是a的别名int& b = a;//也可以给别名取别名int& c = b;//值相同，地址也相同cout << "a = " << a<< endl; cout << "b = " << b << endl;cout << "c = " << c << endl << endl;cout << "&a = " << &a << endl;cout << "&b = " << &b << endl;cout << "&c = " << &c << endl;return 0;}

2.2 引用的使用场景

2.2.1 引用做参数

最典型的例子就是我们经常使用的交换函数：

//a是x的别名，b是y的别名。a,b的交换就是x,y的交换void Swap(int& a, int& b){int tmp = a;a = b; b = tmp;}int main(){int x = 1;int y = 2;Swap(x, y);//这里就不用传地址过去了cout << x << ":" << y << endl;return 0;}

2.2.2 引用做返回值

这里暂时不解释，到后面学习了类和对象后再解释，会更加清晰。

2.3 引用特性

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

第1，2条容易理解，这里说明第三条：

int main(){int x = 0;int& y = x;//y是x的别名int z = 1;//这里y是z的别名，还是z赋值给y？//是赋值。引用一旦引用一个实体，就不能再改变指向了！y = z;cout << "x = " << x << endl;cout << "y = " << y << endl;cout << "z = " << z << endl << endl;return 0;}

2.4 引用的权限问题

这里所说的权限有：权限放大，权限缩小，权限平移。

2.4.1 举例1

int main(){//这里权限放大了。m是只读，n变成m的别名后，可读可写。const int m = 0;//int& n = m; //errint p = m;//可以，不是权限的放大。              //只是把m拷贝给p，p的修改不影响m。    //n也是只读的，权限的平移    const int& n = m;//可以    return 0;}

2.4.2 举例2

int main(){const int m = 0;// 权限的放大//p1可以修改，*p1不行,const修饰的是p1指向的内容，即*p1。const int* p1 = &m;p1++;//可以//int* p2 = p1;//err. *p2是可以修改的，所以权限放大了。return 0;}

2.4.3 举例3

int main(){//权限的缩小int x = 0; int& y = x;const int& z = x;//可以y++;//x,z都会修改return 0;}

2.4.4 总结

1.权限放大问题存在于引用和指针里，普通的赋值拷贝不会。
2.权限只能缩小，平移，不能放大。

2.5 常引用

2.5.1 类型转换时

因为类型转换的过程中会生成临时变量，这个临时变量具有常性(相当于被const修饰)。权限被放大了。

int main(){double d = 3.24;//类型转换int i = d;//int& r = d;err const int& r = d;//可以。加了const就相当于权限平移了。return 0;}

2.5.2 表达式运算时

表达式运算也会生成临时变量，解释同上。

int main(){int x = 0, y = 1;//表达式运算也会生成临时变量//int& r2 = x + y; //errconst int& r2 = x + y; //可以return 0;}

2.6 传值、传引用效率比较

其实这与函数的传值，传址调用类似。当函数传值调用时，会在内存中又开辟空间临时拷贝，当参数较大时，效率低下。而传址调用却不会，会提高效率。

#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 < 10000; ++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 < 10000; ++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;}

注意：0毫米表示运行时间小于1毫米。

2.7 引用和指针的区别

在语法概念上引用就是一个别名，没有独立空间，和其引用实体共用同一块空间。

int main(){int a = 10;int& ra = a;cout << "&a =  " <<  &a << endl;cout << "&ra = " << &ra << endl;return 0;}

在底层实现上实际是有空间的，因为引用是按照指针方式来实现的。

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

我们来看下引用和指针的汇编代码对比：

引用和指针的不同点:

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，指针没有要求。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。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。

三，内联函数

如果有一个频繁调用的小函数，例如Swap交换函数，在频繁调用时会有建立栈帧的消耗，我们想消除这样的消耗，该怎么做呢？

C语言中是使用宏函数解决，C++中就可以使用内联函数。

3.1 内联函数的概念

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。

3.2 inline 关键字

在没有加 inline 之前：

 int Add(int x, int y){return x + y;}int main(){int c = Add(1, 2);cout << c << endl;return 0;}

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。

inline int Add(int x, int y){return x + y;}int main(){int c = Add(1, 2);cout << c << endl;return 0;}

查看方式：
1.在release模式下，查看编译器生成的汇编代码中是否存在call Add。
2.在debug模式下，需要对编译器进行设置，否则不会展开(因为debug模式下，编译器默认不会对代码进行优化，以下给出vs2013的设置方式)。

转到汇编中：

3.3 内联的特性

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)、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不建议声明和定义分离，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。

四，auto关键字(C++11)

其实 auto 关键字的介绍和使用内容十分丰富，我们现在这个阶段不需要了解太详细，在以后的学习中会边学边了解。

4.1 给类型取别名

随着程序越来越复杂，程序中用到的类型也越来越复杂，经常体现在：类型难于拼写，含义不明确导致容易出错。

有人会想到 typedef 不也可以给类型取别名吗？但是在某些场合下是有缺陷的：

typedef char* pstring;int main(){//const pstring p1;//err. const修饰指针p1本身，                   //而const修饰的指针要初始化                           const pstring* p2;  // 可以. const修饰 *p2return 0;}

4.2 可由初始化自动推导类型

比如，下面的写法是正确的：

int main(){int i = 0;//根据右边得到初始化自动推导类型auto j = 7;return 0;}

注意：下面的 typeid(变量名).name 判断一个对象的类型

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;}

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。

4.3 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。

五，基于范围的for循环

5.1 范围for的语法

在C++98中如果要遍历一个数组，可以按照以下方式进行：

void TestFor(){ 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。

void TestFor(){ int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };    //注意：这里如果要改变原数组元素的值，要加引用& for(auto& e : array)     e *= 2;  for(auto e : array)     cout << e << " ";  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。

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。
2.迭代的对象要实现++和==的操作。(关于迭代器这个问题，以后会讲，现在提一下，没办法讲清楚，现在大家了解一下就可以了)

六，nullptr关键字

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。

在C语言中，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 TestPtr(){ int* p1 = NULL; int* p2 = 0;  // ……}

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，比如：

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，所以会调用f(int)函数，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。

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