C++ Primer 函数重载

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专栏简介：本专栏主要面向C++初学者，解释C++的一些基本概念和基础语言特性，涉及C++标准库的用法，面向对象特性，泛型特性高级用法。通过使用标准库中定义的抽象设施，使你更加适应高级程序设计技术。希望对读者有帮助！

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6.4 函数重载

如果同一作用域内的儿个函数名字相同但形参列表不同,我们称之为重载(over loaded)函数。例如中我们定义了几个名为print的函数:

void print(const char* cp);
void print(const int*beg,const int*end);
void print(const int ia[],size_t size);

这些函数接受的形参类型不一样,但是执行的操作非常类似。当调用这些函数时,编译器会根据传递的实参类型推断想要的是哪个函数:

int j[2]={0,11};
print("Hello world");//调用print(const char*)
print(j,end(j)-begin(j));//调用print(const int*,size_t)
print(begin(j),end(j))//调用print(const int*,const int*)

函数的名字仅仅是让编详器知道它调用的是哪个函数,而函数重载可以在一定程度上减轻程序员起名字、记名字的负担。

main函数不能重载。

定义重载函数

有一种典型的数据库应用,需要创建几个不同的函数分别根据名字、电话、账户号码等信息查找记录。函数重载使得我们可以定义一组函数,它们的名字都是lookup,但是查找的依据不同。我们能通过以下形式中的任意一种调用lookup函数:

Record lookup(constRccount&J)}//根据Rccount查找记录
Record lookup(constPhone&);//根据Phone查找记录
Record lookup(constNamegJ);//根据Name查找记录
Account acct;
Phone phone;
Record r1=Lookup(acct)}//调用接受Account的版本
Record r2=Lookup(Phone);//调用接取Phone的版本

其中,虽然我们定义的三个函数各不相同,但它们都有同一个名字。编译器根据实参的类型确定应该调用哪一个函数。

对于重载的函数来说,它们应该在形参数量或形参类型上有所不同。在上面的代码中,虽然每个函数都只接受一个参数,但是参数的类型不同。

不允许两个函数除了返回类型外其他所有的要素都相同。假设有两个函数,它们的形参列表一样但是返回类型不同,则第二个函数的声明是错误的:

Record lookup(const Account&);
bool lookup(const Accoun&);//错误:与上一个函敏相比只有返回类型不同

判断两个形参的类型是否相异

有时候两个形参列表看起来不一样,但实际上是相同的:

//每对声明的是同一个函数
Record lookup(const Account &acct);
Record lookup(const Account&);//省略了形参的名守typedef Phone Telno;
Record lookup(const Phone&);
Record lookup(const Telno&);//Telno和Phone的类型相同在第一对声明中,第一个函数给它的形参起了名字,第二个函数没有。形参的名字仅仅起到帮助记忆的作用,有没有它并不影响形参列表的内容。第二对声明看起米类型不同,但事实上Telno不是一种新类型,它只是Phone的别名而已。类型别名为已存在的类型提供另外一个名字,它并不是创建新类型。因此,第二对中一个形参的区别仅在于一个使用类型原来的名字,另一个使用它的别名,从本质上来说它们没什么不同。重载和const形参顶层const不影响传入函数的对象。一个拥有顶层const的形参无法和另一个没有顶层const的形参区分开来:```cpp
Record lookup(Phone);
Record lookup(const Phone);//重复声明了Record lookup(Phone)
Record lookup(Phone*);
Record lookup(Phone*const);//重复声明了Record lookup(Phone*)

在这两组函数声明中,每一组的第二个声明和第一个声明是等价的。另一方面,如果形参是某种类型的指针或引用,则通过区分其指向的是常量对象还是非常量对象可以实现函数重载,此时的const是底层的:

//对于接受引用或指针的函数来说,对象是常量还是非常量对应的形参不同
//定义了4个独立的重载函数Record lookup(Account&);//函敏作用于Account的引用
Record lookup(const Account&);//新函数,作用于常量引用
Record lookup(Account*);//新函数,作用于指向Account的指针
Record lookup(const Account*);//新函数,作用于指向常量的指针

在上面的例子中,编译器可以通过实参是否是常量来推断应该调用哪个函数。因为const不能转换成其他类型,所以我们只能把const对象(或指向const的指针传递给const形参。相反的,因为非常量可以转换成const,所以上面的4个函数都能作用于非常量对象或者指向非常量对象的指针。不过将要介绍的,当我们传递一个非常量对象或者指向非常量对象的指针时,编详器会优先选用非常量版本的函数。

建议:何时不应该重载函数

尽管函数重载能在一定程度上减轻我们为函数起名字的负担，但是最好只重载那些确实非常相似的操作。有些情况下,给函数起不同的名字能使得程序更易理解。举个例子,下面是儿个负责移动屏幕光标的函数:

Screen& moveHome();
Screen& moveAbs(int,int);
Screen& moveRel(int,int,string,direction);

乍看上去,似乎可以把这组函数统一命名为move:从而实现函数的重载;

Screen& move();
Screen& move(int,int);
Screen& move(int,int,string directionj;

其实不然,重载之后这些函数失去了名字中本来拥有的信息。尽管这些函数确实都是在移动光标,但是具体移动的方式却各不相同。以moveHome为例,它表示是移动光标的一种特殊实例。一般来说，是否重载函数要看那个更容易理解：

// 哪种形式更容易理解呢？

myScreen.moveHome();// 我们认为应该是这个

myScreen.move();

const_cast和重载

const_cast在重载函数的情景中最有用。举个例子:

//比较两个string对象的长度,返回较短的那个引用
const string&shorterString(const string&s1,const string &s2)
{return s1.slze()<=s2.size()?s1:s2;
}

这个函数的参数和返回类型都是const string的引用。我们可以对两个非常量的string实参调用这个函数,但返回的结果仍然是const string的引用。因此我们需要一种新的shorterString函数,当它的实参不是常量时,得到的结果是一个普通的引用,使用const_cast可以做到这一点:

string& shorterString(string&s1,string&s2)
{auto&r=shorterString(const_cast<const string&>(s1),const_cast<const stringg&>(s2));return const_cast<string&>(r);
}

在这个版本的函数中,首先将它的实参强制转换成对const的引用,然后调用了shorterString函数的const版本。const版本返回对const string的引用,这个引用事实上绑定在了某个初始的非常量实参上。因此,我们可以再将其转换回一个普通的stringg,这显然是安全的。

调用重载的函数

定义了一组重载函数后,我们需要以合理的实参调用它们。函数匹配(function matching)是指一个过程,在这个过程中我们把函数调用与一组重载函数中的某一个关联起来,函数匹配也叫做重载确定(overload resolution)。编译器首先将调用的实参与重载集合中每一个函数的形参进行比较,然后根据比较的结果决定到底调用哪个函数。

在很多(可能是大多数)情况下,程序员很容易判断某次调用是否合法,以及当调用合法时应该调用哪个函数。通常,重载集中的函数区别明显,它们要不然是参数的数量不同,要不就是参数类型毫无关系。此时,确定调用哪个函数比较容易。但是在另外一些情况下要想选择函数就比较困难了,比如当两个重载函数参数数量相同且参数类型可以相互转换时。

现在我们需要掌握的是,当调用重载函数时有三种可能的结果:

编详器找到一个与实参最佳匹配(best match)的函数,并生成调用该函数的代码。
找不到任何一个函数与调用的实参匹配,此时编译器发出无匹配(nomatch)的错误信息。
有多于一个函数可以匹配,但是每一个都不是明显的最佳选择.此时也将发生错误, 称为二义性调用(ambiguous call)。

重栽与作用域

一般来说,将函数声明置于局部作用域内不是一个明智的选择。但是为了说明作用域和重载的相互关系,我们将暂时违反这一原则而使用局部函数声明

对于刚接触C++的程序员来说,不太容易理清作用域和重载的关系。其实,重载对作用域的一般性质并没有什么改变:如果我们在内层作用域中声明名字,它将隐藏外层作用域中声明的同名实体。在不同的作用域中无法重载函数名:

string read();
void print(const string&);
void print(double);//重载print函数
void fooBar(int ival)
{bool read=false;//新作用域:隐藏了外层的readstrings=read();//错误:read是一个布尔值,而非函数//不好的习惯:通常来说,在局部作用域中声明函数不是一个好的选择void print(int);//新作用域:隐藏了之前的printprint("value:");//错误:print(const stringg)被隐藏拍了print(ival); //正确:当前print(int)可见print(3.14); //正确:调用pritnt(int);Print(double)被隐藏拍了
}大多数读者都能理解调用read函数会引发错误.因为当编译器处理调用read的请求时,找到的是定义在局部作用域中的read。这个名字是个布尔变量,而我们显然无法调用一个布尔值,因此该语句非法。调用print函数的过程非常相似。在fooBar内声明的print(int)隐藏了之前两个print函数,因此只有一个pxint函数是可用的:该函数以int值作为参数。当我们调用print函数时,编译器首先寻找对该函数名的声明,找到的是接受int值的那个局部声明。一旦在当前作用域中找到了所需的名字,编译器就会忽略掉外层作用域中的同名实体。剩下的工作就是检查函数调用是否有效了。在C++语言中,名字查找发生在类型检查之前。第一个调用传入一个字符串字面值,但是当前作用域内print函数唯一的声明要求参数是int类型。字符串字面值无法转换成int类型,所以这个调用是错误的。在外层作用域中的print(const string&)函数虽然与本次调用匹配,但是它已经被隐藏掉了,根本不会被考虑。当我们为print函数传入一个double类型的值时,重复上述过程。编译器在当前作用域内发现了print(int)函数,double类型的实参转换成int类型,因此调用是合法的。假设我们把print(int)和其他print函数声明放在同一个作用域中,则它将成为另一种重载形式。此时,因为编诉器能看到所有三个函数,上述调用的处理结果将完全不同:```cpp
void print(const string&);
void print(double);//print函数的重载形式
void print(int);//print函数的另一种重载形式
void fooBar2(int ival)
{print("value:"); //调用print(const string&)print(ival);//调用print(int)print(3.14);//调用print(double)
}