C++必修:从C语言到C++的过渡(下)
Betty’s Sweet 2024-08-06 14:35:01 阅读 69
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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。
{
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;
}
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。
<code>#include<iostream>
using namespace std;
void func(int a = 0,int b = 1,int c = 2)
{
cout <<"a=" << a << endl;
cout << "b = " << b << endl;code>
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;
}
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。
<code>#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;
}
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:
传参时不能间隔传参。
<code>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
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
{ }
缺省值必须是常量或者全局变量。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
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;
}
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。
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<code>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;
}
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。
<code>#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;
}
3.2. 注意
引用在定义时必须初始化
一个变量可以有多个引用
int a=1;
int&b=a;
int&c=a;//多个引用
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
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 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;
}
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 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:
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<code>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
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。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。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
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;
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
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??
}
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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