C/C++（二）C++入门基础

这一章会介绍C++入门必须掌握的一些基础概念。

一、函数重载

1、什么是函数重载？

函数重载是C++相比于C语言的一个重大改进。

即C++允许在同一作用域内声明多个功能类似的同名函数，这些函数的参数类型 / 个数 / 类型顺序不同。（注：返回值不同不能构成重载，这是由后文会介绍的函数名修饰规则所决定）

2、C++如何支持函数重载的？（Linux g++编译器环境下）

在C/C++（一）中介绍了，在C / C++中，想要形成一个可执行程序，必须经历 预处理 --> 编译 --> 汇编 --> 链接 四个阶段。

在编译阶段，g++ 编译器会根据其函数名修饰规则（_Z + 函数长度 + 函数名 + 函数参数类型的首字母）（可以发现，修饰规则中没有返回值，因此返回值不同，不能构成函数重载）对函数进行修饰，根据其规则可以看出，函数参数不同，实际上在编译阶段会被修饰成不同的函数。这也就是C++支持函数重载的根基。

示例代码：

#include <iostream>
using namespace std;int add(int x, int y)
{return x + y;
}
int add(int x, int y, int z)
{return x + y + z;
}
int main()
{int res1 = add(1, 2);int res2 = add(1, 2, 3);
}

3、为什么C语言不支持函数重载，C++支持？ 

因为C语言的编译器的函数名修饰规则并不会修饰函数名，而是按照原先函数名。 

二、引用和指针

1、什么是引用？

引用是给已经存在的变量取别名， 编译器不会为引用开辟空间，引用和其引用的变量共用同一块内存空间。

使用格式：
 

类型& 引用变量名（对象名） = 引用实体

1.1  有关引用的一些注意事项

1、& 跟在类型和变量名之间，叫做引用。否则，叫做取地址。

2、引用必须在定义时就初始化。

3、一个变量可以有多个引用，引用本身也可以有引用。

4、引用一旦引用了一个实体，就不能再引用其它实体。

5、非常量应用不能绑定到常量对象 / 临时常量对象 /不同类型的对象；常量引用可以绑定到        常量对象、临时常量对象或不同类型的对象（需要显式类型转换）。

1.2  常引用（常量引用 / const 引用）

常引用是引用的一种特殊形态，允许引用一个对象，可以绑定到常量对象 / 临时常量对象 / 不同类型的对象（需要显式类型转换），但是不能通过该引用修改对象的值，主要用途是提高代码的安全性和可读性。

示例代码：

void TestConstRef()
{const int a = 10;// int& ra = a;       // 该语句编译时会出错，a为常量，普通引用不能绑定常量对象const int& ra = a;    // 正确方法// int& b = 10;       // 该语句编译时会出错，10为临时常量，const int& b = 10;    // 正确方法double d = 12.34;//int& rd = d;        // 该语句编译时会出错，类型不匹配（具体原因是由于类型转换时会产生临时变 // 量，而临时变量具有常性造成无法引用）const int& rd = static_cast<int>(d);    // 正确方法1double& rd = d                          // 正确方法2
}

2、指针和引用的区别（用法 + 底层原理）

1、引用是定义一个变量的别名，与这个变量共用同一内存空间，大小也与这个变量的大小          相同；而指针存储的是变量的地址，需要额外占用一小段空间储存，大小也始终是指针          的大小。（32位下是4字节、64位下是8字节）

2、引用必须在声明的时候就进行初始化，不能为空，并且一旦初始化就不能改变引用的对          象（因为要让编译器知道，引用总是指向这个有效的对象，以便生成更高效的代码，              直接访问目标变量的内存地址，而不需要额外的解引用操作）；指针由于通过解引用显          式访问变量，所以可以在声明的时候不初始化，也可以随时改变指向的对象。

3、引用++就相当于其引用的变量++；指针则是指针指向下一个内存地址。

4、引用访问绑定的实体，直接访问，由编译器来优化；而指针需要解引用。

5、因为引用不能为空 + 编译器优化，引用比指针更安全。

3、引用的两大使用场景 

三、宏的替代方案

宏作为从C语言继承而来的概念（C / C++（一）中有详细介绍），其有着一定的优点（代码复用性强；可以提高性能），但是其缺点更多（由于预编译阶段进行了替换，宏不方便调试；代码的可读性较差，可维护性也不好，还容易误用；也没有类型安全的检查）

所以C++提供了三种用来替代宏的方案

替代宏定义标识符：const变量 / enum枚举

替代宏函数：inline内联函数

1、const变量替代宏定义标识符

// 宏定义标识符
#define PI 3.14159// const变量定义
const double PI = 3.14159;

优点：

1、类型安全：const 变量具有明确的类型，编译器可以进行类型检查，避免类型错误。

2、调试友好：const 变量在调试器中可以显示其值和类型，便于调试。

3、作用域控制：const 变量可以有局部作用域，而宏定义在整个文件范围内有效，容易引起                             命名冲突。

2、enum枚举替代宏定义标识符

// 宏定义标识符
#define RED 0
#define GREEN 1
#define BLUE 2// 枚举定义标识符
enum Color 
{RED,GREEN,BLUE
};

优点：

1、类型安全：enum 类型的变量只能取枚举值，方便编译器进行类型检查。

2、语义清晰：enum 明确表示一组相关的常量，代码更具可读性。

3、范围限制：枚举值在编译时有固定的范围，避免了非法值的赋值。

3、inline 内联函数替代宏函数

3.1  什么是内联函数？

以 inline 关键字修饰的函数叫做内联函数，

特性：在编译的时候，C++编译器会在调用内联函数的地方直接用函数体替换，没有调用普             通函数需要建立栈帧的额外开销，可以提升程序运行的效率。

缺点：以空间换时间，可能会导致目标文件变大。（因此，内联 inline 关键字实际上只是向             编译器发出的一个内联请求，编译器会自己决定是否把这个函数设置为内联函数，如            果函数过长，编译器将忽略内联请求）

使用建议：

1、函数规模较小、不是递归，调用不频繁的函数，可以采用 inline 内联修饰；其它                      的不建议；

2、同时也不建议内联函数的声明与定义分离，因为分离了，每个cpp文件里都会有内联函数        的内联展开，链接器会发现不同的对象文件中都有这个内联函数的定义。无法确定应该          使用哪个定义，导致多重定义错误。（如果一定要使用，内联函数的声明和定义必须放           在同一个地方，通常是头文件中，确保每个编译单元都能看到完整的内联函数定义）

3.2  以内联函数替代宏函数

#define MAX(a, b) ((a) > (b) ? (a) : (b))

// #define 定义宏
#define MAX(a, b) ((a) > (b) ? (a) : (b))// inline内联函数代替宏函数
inline int max(int a, int b) 
{return (a > b) ? a : b;
}

优点：

1、类型安全：inline 函数具有明确的参数类型和返回类型，编译器可以进行类型检查。

2、副作用避免：宏定义在参数计算上有潜在的副作用，而 inline 函数没有这个问题。

3、调试友好：inline 函数在调试器中可以显示调用栈和局部变量，而宏定义则不行。

4、代码可读性：inline 函数的代码更具可读性和可维护性。

四、新的空指针表示方式：nullptr

nullptr是C++11引入的一种新的空指针表示方式。在C++11中，sizeof(nullptr) 与 sizeof((void*)0)所占的字节数相同。

在传统的C语言 / C++98标准中，空指针的表示方式一般是NULL，而NULL的定义存在缺陷。

NULL的缺陷

NULL在在 C++ 中，通常定义为 0 或 (void*)0，这可能导致一些意外的行为：

void f(int)
{cout<<"f(int)"<<endl;
}
void f(int*)
{cout<<"f(int*)"<<endl;
}
int main()
{f(0);f(NULL);f((int*)NULL);return 0;
}

这段代码的本意是希望想通过 f(NULL) 调用指针版本的 f(int*) 函数，但是由于NULL被定义成0，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，还必须对其进行强转 (void *)0。

nullptr的优势

1、类型安全：nullptr 是一个类型，避免了与整数类型的隐式转换。

2、更好的可读性：nullptr 明确表示这是一个空指针，且不需要包含其它头文件。

3、兼容性更好：nullptr 可以更好地与模板一起使用。

4、避免宏定义的问题：nullptr 是一个关键字，不会受到宏定义的影响。

5、支持 nullptr 类型的检查：可以使用 std::nullptr_t 类型进行类型检查。

因此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。