【C++入门】—— C++入门 (中)_引用

前言：了解了什么是C++，我们进入了C++入门知识的命名空间，现在我们接着来讲剩下的C++入门知识讲解。

如果前面还有什么不懂的只是不妨仔细阅读上一篇： C++入门知识 (命名空间)

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本篇主要内容：
缺省参数
函数重载
引用

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1. 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

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1.2 缺省参数分类

缺省参数分为：

• 全缺省参数
• 半缺省参数

全缺省参数：

void test(int a = 10, int b = 20, int c = 30)
{
	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;
	cout << "c = " << c << endl;
}

int main()
{
	test();
	return 0;
}
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在函数的所有参数上都给上缺省值，这就是全缺省！

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半缺省参数：

void test(int a, int b = 20, int c = 30)
{
	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;
	cout << "c = " << c << endl;
}
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只要函数的参数没有给全，那么这就是半缺省

// 这样给缺省参数可行吗？
void test(int a = 10, int b, int c = 30) // false
void test(int a = 10, int b = 20, int c) // false
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这样显然是不行的，半缺省参数必须从右往左依次来给出，不能间隔着给！

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在使用缺省参数时，注意：

• 半缺省参数，必须从左往右，按顺序缺少，不能间隔缺少
• 缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现
• 缺省值必须是常量或者全局变量

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2. 函数重载

函数重载通俗一点来讲就是C++上的一词多义！

2.1 函数重载的概念

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。

我们来具体看看三种不同的情况：

// 1、参数类型不同
int test1(int left, int right)
{
	......
}
double test1(double left, double right)
{
	......
}
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// 2、参数个数不同
void test2()
{
	......
}
void test2(int a)
{
	......
}
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// 3、参数类型顺序不同
void test3(int a, char b)
{
	......
}
void test3(char b, int a)
{
	......
}
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注意：只有这三种情况参能构成函数重载，如果两个函数返回值不同，不构成函数重载

// 假设两者都返回 x 
int test3(int a, char b)
{
	......
	return x;
}
double test3(int a, char b)
{
	......
	return x;
}
// 这种情况不构成函数重载！！！
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2.2 函数重载原理

C语言为什么不支持函数重载
我们在之前环境与预处理讲过，代码变成可执行程序需要经过四个阶段

预处理 编译 汇编 链接

• Test.cpp
  预处理!头文件展开/宏替换/去掉注释/条件编译
• Test.i
  编译检查语法，生成汇编代码(指令级代码)
• Test.s
  汇编将汇编代码生成二进制机器码
• Test.o
  链接 合并链接，生成可执行程序

在C语言中符号表中两个func函数的地址编译器无法知道调用哪个函数，因此C语言不支持函数重载

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在C++的汇编中，我们发现这两个函数

C++中函数参数的类型,数量,顺序不同在符号表中的名字就不一样，就可以区分两个函数，所以支持重载
C语言符号表中只有一个函数名，所以C语言程序不支持重载

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3. 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。

引用在使用上就像是起外号一样，比如李逵，在家称为"铁牛"，江湖上人称"黑旋风"。

引用的使用：
类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体；

void test()
{
	int a = 10;
	int& ra = a;//<====定义引用类型
	printf("%p\n", &a);
	printf("%p\n", &ra);
}
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它们指向的是同一块空间

注意：引用类型必须和引用实体是同种类型的

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3.2 引用特性

引用特性：

• 引用在 定义时必须初始化
• 一个变量可以有多个引用
• 引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体

void test()
{
int a = 10;
int& ra; // 我们在定义时，不初始化引用
//int& ra = a;
int& rra = a;
printf("%p %p %p\n", &a, &ra, &rra);
}
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void test()
{
	int a = 10;

	int& ra = a;

	int b = 20;
	// 此处是赋值，而不是改变引用对象
	ra = b; 

	//一旦引用初始化后就不能改变引用对象
	// int c = 30; // false
	// int& ra = c; // false
	cout << ra << ' ' << a << ' ' << b << endl;
}
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引用一旦初始化就不能改变引用对象

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3.3 使用场景

• 做参数
• 做返回值

做参数：

// 传引用传参
void test(int& x)
{
	x++;
}
int main()
{
	int a = 10;
	// 这里是a，而不是&a
	test(a);
	
	cout << a << endl;
	return 0;
}
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传引用传参时，修改形参会改变实参的值！

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做返回值：

引用做返回值时，可在函数外面修改函数里面的内容，前提是引用的变量出了函数不会销毁

static int n = 0;
int& Count()
{
	n++;
	return n;
}
int main()
{
	int& ret = Count();
	cout << ret << endl;
	ret = 3;
	// 这里修改ret是能做到修改函数返回值的
	cout << ret << endl;
	return 0;
}
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函数内局部变量出了作用域会销毁，所以在做返回值时必须是静态变量或者全局变量

我们来注意下这段代码

int& Add(int a, int b)
{
	// c普通变量
	int c = a + b;
	return c;
}
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在这段代码中，变量c既不是全局变量也不是静态变量，引用能这么使用吗？

• 答案显然不可以，在函数调用完后C就被销毁了，而将C的引用返回后，在它被销毁前可能会有结果，也可能是随机值

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3.4 传值、传引用效率比较

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。

传值返回

#include <time.h>
struct A{ int a[10000]; };
A a;
// 值返回
A TestFunc1() { return a;}
// 引用返回
A& TestFunc2(){ return a;}
void TestReturnByRefOrValue()
{
// 以值作为函数的返回值类型
size_t begin1 = clock();
for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)
TestFunc1();
size_t end1 = clock();
// 以引用作为函数的返回值类型
size_t begin2 = clock();
for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)
TestFunc2();
size_t end2 = clock();
// 计算两个函数运算完成之后的时间
cout << "TestFunc1 time:" << end1 - begin1 << endl;
cout << "TestFunc2 time:" << end2 - begin2 << endl;
}
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传值和指针在作为传参以及返回值类型上效率相差很大，用值作为参数或者返回值类型效率是非常低下的，要经过大量中间过程，尤其是当参数或者返回值类型非常大时，效率就更低！

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3.5 引用和指针的联系

• 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。

//底层上：
int main()
{
	int a = 10;
	
	int& ra = a;
	ra = 20;
	
	int* pa = &a;
	*pa = 20;
	
	return 0;
}
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我们来看下引用和指针的汇编代码对比：

引用和指针的不同点:

• 引用概念上定义一个变量的别名，指针存储一个变量地址。
• 引用在定义时必须初始化，指针没有要求
• 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
• 没有NULL引用，但有NULL指针
• 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)
• 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
• 有多级指针，但是没有多级引用
• 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
• 引用比指针使用起来相对更安全

3.6 常引用

总所周知，常量具有不可修改性，所以引用一个常量时要加上const，触及了权限大小的问题，只需要记住一句：权限可以缩小，但是不能放大！

void Test()
{
	const int a = 10;
	//int& ra = a; // 权限放大，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;
}
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引用的知识了解到这里，后面遇到还会补充

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4. 总结

本小结我们了解C++入门的三大知识，缺省参数，函数重载，以及引用，在后面C++的学习中这些都极为重要，尤其是引用。到这里我们已经入门一大半了，还有最后一点入门知识，我们期待下回分解！

谢谢大家支持本篇到这里就结束了