初识C++（二）

一、函数重载

C++⽀持在同⼀作用域中出现同名函数，但是要求这些同名函数的形参不同，可以是参数个数不同或者类型不同。这样C++函数调⽤就表现出了多态行为为，使用更灵活。C语言是不支持同⼀作用域中出现同名函数的。

函数重载的基本规则

1.函数名相同：所有重载的函数必须具有相同的函数名。
2.参数列表不同：参数列表必须不同，这可以通过改变参数的数目、类型或顺序来实现。仅通过改变函数返回类型来区分函数重载是不允许的。
3.可以改变返回类型：虽然返回类型不是区分重载函数的依据，但不同的重载函数可以有不同的返回类型。
4.可以抛出不同的异常：不同的重载函数可以声明抛出不同的异常，但这同样不是重载的决定性因素。
5.可以有不同的访问修饰符：比如，一个可以是public，另一个可以是private，但这与重载函数的解析无关。

函数重载示例如下：

#include<iostream>  
using namespace std;// 1、参数类型不同   
int Add(int left, int right)
{cout << "int Add(int left, int right)" << endl;return left + right;
}double Add(double left, double right)
{cout << "double Add(double left, double right)" << endl;return left + right;
}

// 2、参数个数不同   
void f()
{cout << "f()" << endl;
}void f(int a)
{cout << "f(int a)" << endl;
}

// 3、参数类型顺序不同   
void f(int a, char b)
{cout << "f(int a,char b)" << endl;
}void f(char b, int a)
{cout << "f(char b, int a)" << endl;
}void f1(int a = 0) 
{cout << "f1(int a = 0)" << endl; 
}
int main()
{Add(10, 20);Add(10.1, 20.2);f();f(10);f(10, 'a');f('a', 10);f1(); f1(5); return 0;
}

二、引用

在C++中，它是对C语言的重要扩充。引用可以被视为某一变量（目标）的一个别名，对引用的操作与对变量直接操作完全一样。这意味着，当你通过引用访问或修改数据时，实际上是在访问或修改它所引用的那个变量。

定义：

引用的定义方式与指针类似，但使用&符号来标识，而不是指针的*符号。引用的基本语法如下：
其中，&在此处不是求地址运算，而是起标识作用，表示这是一个引用声明。类型指的是目标变量的类型，引用名是你为这个变量定义的别名，而目标变量名则是被引用的原始变量名。

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{int a = 0;// 引⽤：b和c是a的别名 int& b = a;int& c = a;// 也可以给别名b取别名，d相当于还是a的别名 int& d = b;++d;// 这⾥取地址我们看到是⼀样的 cout << &a << endl;cout << &b << endl;cout << &c << endl;cout << &d << endl;return 0;
}

特性：

必须初始化：

引用在声明时必须被初始化，因为它必须是某个已存在变量的别名。你不能先声明一个引用，然后再去初始化它。
唯一性：一旦一个引用被初始化为某个变量的别名，它就不能再被改变为另一个变量的别名。
内存共享：

引用和它引用的变量共享同一块内存空间。这意味着，对引用的操作实际上就是对它所引用的变量的操作。
别名：

虽然从概念上讲，引用像是变量的一个别名，不占据额外的内存空间，但在底层实现上，编译器通常会将引用实现为指向位置不可变的指针（即const指针）。因此，引用在实际上也会占用一定的内存空间。
不支持数组：

不能直接定义引用的数组，因为数组是由多个元素组成的集合，而引用需要指向一个具体的变量。但是，可以定义数组的引用，即引用整个数组。
安全性：通过常引用（const引用），可以确保引用的变量不会被修改，从而增加代码的安全性。
多态：

引用是除指针外另一个可以产生多态效果的手段。一个基类的引用可以指向它的派生类实例，从而实现多态。

使用场景:
引用在C++中有广泛的应用场景，包括但不限于：

作为函数的参数，可以避免传递大型对象时的拷贝开销。
作为函数的返回值，可以返回函数内部变量的别名，但需要注意生命周期问题。
在需要别名的地方，如链表节点的指针可以使用引用来简化代码。

#include <iostream>  
using namespace std;
void swap(int& x, int& y) {int temp = x;x = y;y = temp;
}int main() {int a = 1, b = 2;cout << " swap: a = " << a << ", b = " << b << endl;swap(a, b);cout << " swap: a = " << a << ", b = " << b << endl;return 0;
}

三、const引用

const 引用是 C++ 中一种特殊的引用类型，它允许你创建一个对某个对象的引用，但通过这个引用你不能修改被引用的对象。这种机制主要用于保护数据不被意外修改，同时提供对数据的高效访问。

const Type& name = originalObject;

四、指针和引用的关系

1. 语法概念和内存占用

指针：指针可以在声明时不初始化（但这是一个危险的做法，因为未初始化的指针可能指向任意内存位置），也可以在之后的任何时候修改其指向。
引用：引用必须在声明时被初始化，且一旦初始化，就不能再改变其指向（即不能再让引用指向另一个变量）。

2.初始化和修改

3. 访问方式

指针：访问指针指向的值时，需要使用解引用操作符*。
引用：引用就像直接使用该变量一样，不需要任何特殊的操作符。

4. `sizeof` 操作符

指针：无论指向何种类型的变量，指针本身的大小都是固定的（通常是4字节或8字节，取决于平台的地址空间大小）。
引用：在C++中，sizeof对引用的操作实际上返回的是被引用类型的大小，但这并不意味着引用占用了额外的空间，而是标准规定的一种处理方式。

5. 安全性和使用场景

指针：由于指针的灵活性，它们可以被用来实现各种复杂的数据结构和算法，但这也带来了更高的出错风险，如空指针解引用、野指针等问题。
引用：引用提供了一种更安全、更简洁的方式来访问和修改数据，特别是在函数参数传递和返回值时。使用引用可以避免不必要的拷贝，提高效率，同时减少出错的机会。

五、inline函数

定义：

使用inline关键字声明的函数称为内联函数。编译器在编译时尝试将内联函数的调用替换为函数体本身，以减少函数调用的开销。
优点：可以减少函数调用的开销，提高程序运行效率。
缺点：如果过度使用或在不适当的情况下使用（如大型函数），可能会导致编译后的代码体积增大，反而降低性能。
与宏的比较
宏：在C语言中，宏通过预处理器在编译前进行文本替换。这种方法虽然灵活，但容易出错，且不易调试。
inline函数：C++引入inline作为宏的一种更安全、更易于维护的替代方案。与宏相比，inline函数具有类型检查、作用域限制等编译时检查，使得代码更加健壮和易于理解。
编译器行为
不同编译器的差异：不同的编译器对inline的实现和支持程度可能有所不同。有些编译器可能更积极地内联函数，而有些则可能更加保守。
调试版本：在调试（Debug）模式下，许多编译器默认不内联函数，以便更好地进行调试。如果需要在调试模式下内联函数，可能需要通过编译器的特定选项来启用。

vs编译器debug版本下⾯默认是不展开inline的，这样方便调试，debug版本想展开需要设置⼀下以下两个地方。

#include<iostream>
using namespace std;
inline int Add(int x, int y)
{int ret = x + y;ret += 1;ret += 1;ret += 1;return ret;
}
int main()
{// 可以通过汇编观察程序是否展开 // 有call Add语句就是没有展开，没有就是展开了 int ret = Add(1, 2);cout << Add(1, 2) * 5 << endl;return 0;
}

#include<iostream>
using namespace std;
// 实现⼀个ADD宏函数的常⻅问题 
//#define ADD(int a, int b) return a + b;
//#define ADD(a, b) a + b;
//#define ADD(a, b) (a + b)
// 正确的宏实现 
#define ADD(a, b) ((a) + (b))
// 为什么不能加分号? 
// 为什么要加外⾯的括号? 
// 为什么要加⾥⾯的括号? 
int main()
{int ret = ADD(1, 2);cout << ADD(1, 2) << endl;cout << ADD(1, 2)*5 << endl;int x = 1, y = 2;ADD(x & y, x | y); // -> (x&y+x|y)return 0;
}

// F.h
#include <iostream>
using namespace std;
inline void f(int i);
// F.cpp
#include "F.h"
void f(int i)
{cout << i << endl;
}
// main.cpp
#include "F.h"
int main()
{
// 链接错误：⽆法解析的外部符号 "void __cdecl f(int)" (?f@@YAXH@Z) f(10);return 0;
}

六、 nullptr

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

nullptr 是 C++11 引入的一个关键字，用于表示空指针常量。在 C++11 之前，空指针通常使用字面量 0 或宏 NULL（定义为 (void*)0 或简单的 0，具体取决于编译器和标准库的实现）来表示。然而，0 和 NULL 都存在类型不明确的问题，因为它们可以被隐式转换为整数或其他指针类型，这可能导致类型安全上的隐患。

nullptr 解决了这个问题，它是一个指针字面量，其类型为 std::nullptr_t，但可以被隐式转换为任何原始指针类型。使用 nullptr 可以使代码更加清晰和类型安全，因为它明确表示了一个空指针，而不是整数或其他类型的值。

int* ptr = nullptr; // ptr 是一个指向 int 的空指针  
if (ptr == nullptr) {  // ptr 是空指针，执行相应逻辑  
}  // 假设有一个函数，其参数是指向 int 的指针  
void func(int* p) {  if (p == nullptr) {  // 处理空指针的情况  }  // ...  
}  // 调用 func，传入 nullptr  
func(nullptr);