【C++初阶】--- C++入门（中）

目录

• 一、缺省参数
• • 1.1 缺省参数概念
  • 1.2 缺省参数分类
• 二、函数重载
• • 2.1 函数重载概念
  • 2.2 C++支持函数重载的原理 --- 名字修饰
• 三、引用
• • 3.1 引用概念
  • 3.2 引用特性
  • 3.3 常引用
  • 3.4 使用场景
  • 3.5 引用和指针的区别

一、缺省参数

1.1 缺省参数概念

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。如下：

void Func(int a = 0)
{
 	cout << a << endl;
}
int main()
{
 	Func();     // 没有传参时，使用参数的默认值   -> 0
	Func(10);   // 传参时，使用指定的实参        -> 10
	return 0;
}

1.2 缺省参数分类

• 全缺省参数

void Func(int a = 10, int b = 20, int c = 30)
{
 	cout << "a = " << a << endl;
 	cout << "b = " << b << endl;
 	cout << "c = " << c << endl;
}
//以缺省形式调用： eg: Func();  传参式调用： eg: Func(1, 2, 3) or Func(1, 2) ...
//但是不能跳跃式传参

• 半缺省参数

void Func(int a, int b = 20, int c = 30)
{
 	cout << "a = " << a << endl;
 	cout << "b = " << b << endl;
 	cout << "c = " << c << endl;
}
//以缺省形式调用： eg: Fun(10);  传参式调用： eg: Func(1, 2, 3) or Func(1, 2) ...
//同样不能跳跃式传参

---

注意：

1. 半缺省参数必须 从右往左依次 来给出，不能间隔着给；
2. 缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现，若函数的声明和定义分离，缺省参数只能在函数声明时给。在预处理阶段头文件会展开，汇编时编译器会帮我们检查函数是否合乎语法（检查语法）。

  // .h (声明)
  void Func(int a = 10);
  
  // .cpp (定义)
  void Func(int a = 20)
  {}
  
  // 注意：如果声明与定义位置同时出现，恰巧两个位置提供的值不同，那编译器就无法确定到底该用那个缺省值。

3. 缺省值必须是常量或者全局变量；
4. C语言不支持（编译器不支持）；

---

上述第二点，为什么只能在函数声明时给缺省值？

因为缺省参数是在调用的阶段使用的。当函数的声明和定义分离时，编译阶段只有函数的声明(.cpp文件中)，而传参(检查语法)也是在编译阶段，所以在声明处要给缺省值；而定义处(.h文件)不给是为了避免与声明处的缺省值冲突！

函数声明相当于承诺，具体兑现还要看函数定义（此时才会形成函数的地址），在链接阶段会建立函数名和函数地址的关系（下文函数重载处具体说明）。具体如下

事实上函数编译完之后就是一堆指令(对某个/段数据的处理操作)，那么他们就会连续的储存到一起，而函数的地址就是第一句指令的地址（类比于数组）。调用函数的本质就是，call这个地址，然后找到这些指令，从内存中取出，并交给cpu去依次执行（这就完成了此函数的功能）。

更正确一点的论述就是，一个函数中的每一行代码都是有地址的，而且同一个函数我们认为地址是连续的。一个函数可以认为是：连续的代码地址构成的地址块，一个函数就对应一批连续的虚拟地址！！！（这里就浅述一下，至于虚拟地址是什么，特性如何，待写到 地址空间 和 线程 时会详细解释）。

二、函数重载

自然语言中，一个词可以有多重含义，人们可以通过上下文来判断该词真实的含义，即该词被重载了。

比如：以前有一个笑话，国有两个体育项目大家根本不用看，也不用担心。一个是乒乓球，一个是男足。前者是“谁也赢不了！”，后者是“谁也赢不了！”

2.1 函数重载概念

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。

1. 参数类型不同：

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

// int a = 10, b = 20;
// Add(a, b);     ->  30   (调用第一个)
// double da = 1.1, db = 2.2;
// Add(da, db);   ->  3.3   (调用第二个)

如上，可以实现不同类型的变量调用同名函数来实现相加，函数构成重载。

2. 参数个数不同：

void f()
{
    cout << "f()" << endl;
}
void f(int a)
{
 	cout << "f(int a)" << endl;
}

// f(); -> cout: f();    f(10); -> cout: f(int a);

3. 参数类型顺序不同(本质还是类型不同):

void f(int a, char b)
{
 	cout << "f(int a,char b)" << endl;
}
void f(char a, int b)
{
 	cout << "f(char a, int b)" << endl;
}

//f(10, 'c');  cout -> f(int a, char b)
//f('c', 10);  cout -> f(char a, int b)

2.2 C++支持函数重载的原理 — 名字修饰

问：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。 （在缺省参数处已经介绍了一部分，现在再来补齐概念）

1. 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？
2. 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。
3. 那么链接时，面对Add()函数，链接接器会使用哪个名字去找呢？这里每个编译器都有自己的函数名修饰规则。
4. 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。
5. 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】。

• 采用C语言编译器编译后结果

结论：在linux下，采用gcc编译完成后，函数名字的修饰没有发生改变。

• 采用C++编译器编译后结果
  

结论：在linux下，采用g++编译完成后，函数名字的修饰发生改变，编译器将函数参数类型信息添加到修改后的名字中。

6. 通过这里就理解了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。
7. 如果两个函数函数名和参数是一样的，返回值不同是不构成重载的，因为调用时编译器没办法区分。

三、引用

3.1 引用概念

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。

类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体； 如下：

void TestRef()
{
 	int a = 10;
 	int& ra = a;  // <==== 定义引用类型，ra 就是 a 的别名
	cout << &a << endl;
 	cout << &ra << endl;    // 两者指向同一块空间
}

注意：引用类型必须和引用实体是同种类型的

3.2 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；
4. 当修改一个引用时，所用的都会变化。

void TestRef()
{
 	int a = 10;
 	// int& ra;   // 该条语句编译时会出错
	int& ra = a;
 	int& rra = ra;
 	ra++;
 	cout << "a: " << a << "; ra: " << ra << "; rra: " << rra << endl; //同样指向同一块地址空间
 	// cout ===>  a: 11; ra: 11; rra: 11;
}

3.3 常引用

void TestConstRef()
{
 	const int a = 10;
 	//int& ra = a;   // 该语句编译时会出错，a为常量
	const int& ra = a;
	
 	// int& b = 10;  // 该语句编译时会出错，b为常量
	const int& b = 10;
	
 	double d = 12.34;
 	//int& rd = d;  // 该语句编译时会出错，类型不同
	const double& rd = d;
}

3.4 使用场景

1. 做参数(a、输出型参数；b、输入型参数)：

//交换两个数
//void Swap(int* left, int* right) {...}
void Swap(int& left, int& right) //输入型参数
{
 	int temp = left;
 	left = right;
 	right = temp;
}
//int* preorderTraversal(struct TreeNode* root, int* returnSize);
//int* preorderTraversal(struct TreeNode* root, int& returnSize); // 输出型参数
//returnSize 表示要返回的数组的长度，为函数外定义的一个变量，需要在此给值 -- 即为输出型参数
int main()
{
	int a = 10, b = 20;
	//Swap(&a, &b); //没有引用前，为了交换两变量的值，只能被迫传址！
	Swap(a, b);
	return 0;
}

没有引用前，为了交换两变量的值，只能被迫传址！因为形参是实参的临时拷贝，形参修改不影响实参，所以要传地址来找到实参，在进行解引用并交换。而传引用，相当于对别名操作，本质上还是对实参的操作。

2. 做返回值:

//int Count();  1
int& Count()    // 2
{
 	static int n = 0;  // 3
 	//int n = 0; // 4
 	n++;
 	// ...
 	return n;
}
int val = Count();  // 5
int& val = Count();  // 6

上述代码1, 4, 5 或 1, 3, 5组合函数外部val接收的是函数中n的一份拷贝，并不在函数栈帧中；若2, 4, 6组合，函数中变量n的别名(地址)被返回交给外部变量val，那么在函数栈帧销毁的那一刻，val依旧可以找到原函数中n的位置，类似于野指针问题；若1, 4, 6组合，同样不可以，因为返回值是一个n的拷贝，为临时变量，具有常性。正确的做法是2, 3, 5组合，但在实际问题中并不会这么用，这只是起到演示的作用，具体用法后面还会介绍。

注意：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。

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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。传值和指针在作为传参以及返回值类型上效率相差很大。

3.5 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。

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：

C++的引用，主要是对指针使用比较复杂的场景进行一些替换，让代码更简单易懂，但不能完全替代指针！引用不能完全替代指针原因：引用定义后不能改变指向！（eg：链表的增删操作，需要改变节点的指向，而这一点引用做不到）

拓展：Java, Python 等一些语言是没有指针的概念的，他们的链表等数据结构是用引用来实现的，且这些语言中的引用是可以改变指向的！！

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引用和指针的不同点:

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.