高质量C /C编程指南---第8章 C 函数的初级特性

第8章 C 函数的初级特性

比照于C语言的函数，C 添加了重载（overloaded）、内联（inline）、const和virtual四种新机制。此中重载和内联机制既可用于全局函数也可用于类的成员函数，const与virtual机制仅用于类的成员函数。

       重载和内联一定有其好处才会被C 语言采用，可是不可以当成免费的午餐而滥用。本章将接头重载和内联的所长与局限性，声名什么情况下应该收受接纳、不该收受接纳以及要警惕错用。

8.1 函数重载的概念

8.1.1 重载的发源

    天然语言中，一个词可以有很多不合的含义，即该词被重载了。人们可以议决上下文来判袂该词终究是哪种含义。“词的重载”可以使语言加倍精练。比方“吃饭”的含义非常广泛，人们没有需要每次非得说清晰详细吃什么不可。别陈旧得象孔已己，说茴香豆的茴字有四种写法。

    在C 措施中，可以将语义、结果相似的几个函数用统一个名字暗示，即函数重载。如许便于记忆，提高了函数的易用性，这是C 语言收受接纳重载机制的一个理由。比方示例8-1-1中的函数EatBeef,EatFish,EatChicken可以用统一个函数名Eat暗示，用不合典范榜样的参数加以区别。

 

 

void EatBeef(…);       // 可以改为     void Eat(Beef …);

void EatFish(…);       // 可以改为     void Eat(Fish …);

void EatChicken(…);    // 可以改为     void Eat(Chicken …);

 

示例8-1-1 重载函数Eat

 

    C 语言收受接纳重载机制的另一个理由是：类的组织函数需要重载机制。由于C 划定耿直组织函数与类同名（请拜见第9章），组织函数只能有一个名字。如果想用几种不合的方法创立工具该怎样办？别无选择，只能用重载机制来完成。以是类可以有多个同名的组织函数。

 

8.1.2 重载是如何完成的？

    几个同名的重载函数依然是不合的函数，它们是如何区分的呢？我们天然想到函数接口的两个要素：参数与前去值。

如果同名函数的参数不合（包孕典范榜样、递次不合），那么随意马虎区别出它们是不合的函数。

如果同名函数仅仅是前去值典范榜样不合，有时可以区分，有时却不能。比方：

void Function(void);

int  Function (void);

上述两个函数，第一个没有前去值，第二个的前去值是int典范榜样。如果如许调用函数：

    int  x = Function ();

则可以判袂出Function是第二个函数。问题是在C /C措施中，我们可以疏忽函数的前去值。在这种情况下，编译器和措施员都不晓得哪个Function函数被调用。

    以是只能靠参数而不能靠前去值典范榜样的不合来区分重载函数。编译器依据参数为每个重载函数孕育产生不合的内部标识符。比方编译器为示例8-1-1中的三个Eat函数孕育产生象_eat_beef、_eat_fish、_eat_chicken之类的内部标识符（不合的编译器也许孕育产生不合作风的内部标识符）。

 

如果C 措施要调用曾经被编译后的C函数，该怎样办？

假定某个C函数的声明如下：

void foo(int x, int y);

该函数被C编译器编译后在库中的名字为_foo，而C 编译器则会孕育产生像_foo_int_int之类的名字用来支撑函数重载和典范榜样安好毗邻。由于编译后的名字不合，C 措施不能间接调用C函数。C 供给了一个C毗邻交换指定标志extern“C”来处理这个问题。比方：

extern “C”

{

   void foo(int x, int y);

   … // 别的函数

}

也许写成

extern “C”

{

   #include “myheader.h”

   … // 别的C头文件

}

这就告诉C 编译译器，函数foo是个C毗邻，应该到库中找名字_foo而不是找_foo_int_int。C 编译器开辟商曾经对C标准库的头文件作了extern“C”处理，以是我们可以用＃include 间接援用这些头文件。

 

    详细并不是两个函数的名字相同就能构成重载。全局函数和类的成员函数同名不算重载，由于函数的传染冲动域不合。比方：

    void Print(…);     // 全局函数

    >

    {…

        void Print(…);    // 成员函数

    }

    不管两个Print函数的参数可否不合，如果类的某个成员函数要调用全局函数Print，为了与成员函数Print区别，全局函数被调用时应加‘::’标志。如

    ::Print(…);    // 暗示Print是全局函数而非成员函数

 

8.1.3 留意隐式典范榜样转换招致重载函数孕育产生二义性

    示例8-1-3中，第一个output函数的参数是int典范榜样，第二个output函数的参数是float典范榜样。由于数字本人没有典范榜样，将数字看成参数时将主动制止典范榜样转换（称为隐式典范榜样转换）。语句output(0.5)将孕育产生编译错误，由于编译器不晓得该将0.5转换成int还是float典范榜样的参数。隐式典范榜样转换在很多中心可以简化措施的缮写，可是也也许留下隐患。

 

# include <iostream.h>

void output( int x);    // 函数声明

void output( float x);  // 函数声明

 

void output( int x)

{

    cout << " output int " << x << endl ;

}

 

void output( float x)

{

    cout << " output float " << x << endl ;

}

 

void main(void)

{

    int   x = 1;

    float y = 1.0;

    output(x);          // output int 1

    output(y);          // output float 1

    output(1);          // output int 1

//  output(0.5);        // error! ambiguous call, 由于主动典范榜样转换

    output(int(0.5));   // output int 0

    output(float(0.5)); // output float 0.5

}

示例8-1-3 隐式典范榜样转换招致重载函数孕育产生二义性

 

8.2 成员函数的重载、笼罩与沉没

    成员函数的重载、笼罩（override）与沉没很随意马虎搅浑，C 措施员必需要搞清晰概念，否则错误将防不堪防。

 

8.2.1 重载与笼罩

    成员函数被重载的特性：

（1）相同的领域（在统一个类中）；

（2）函数名字相同；

（3）参数不合；

（4）virtual关头字可有可无。

    笼罩是指派生类函数笼罩基类函数，特性是：

（1）不合的领域（辞别位于派生类与基类）；

（2）函数名字相同；

（3）参数相同；

（4）基类函数必需有virtual关头字。

    示例8-2-1中，函数Base::f(int)与Base::f(float)相互重载，而Base::g(void)被Derived::g(void)笼罩。

 

#include <iostream.h>

    >

{

public:

              void f(int x){ cout << "Base::f(int) " << x << endl; }

void f(float x){ cout << "Base::f(float) " << x << endl; }

      virtual void g(void){ cout << "Base::g(void)" << endl;}

};

 

    >

{

public:

      virtual void g(void){ cout << "Derived::g(void)" << endl;}

};

 

    void main(void)

    {

      Derived  d;

      Base *pb = &d;

      pb->f(42);        // Base::f(int) 42

      pb->f(3.14f);     // Base::f(float) 3.14

      pb->g();          // Derived::g(void)

}

示例8-2-1成员函数的重载和笼罩

   

8.2.2 令人迷惑的沉没划定耿直

    正本仅仅区别重载与笼罩并不算坚苦，可是C 的沉没划定耿直使问题庞大性蓦地添加。这里“沉没”是指派生类的函数樊篱了与其同名的基类函数，划定耿直如下：

（1）如果派生类的函数与基类的函数同名，可是参数不合。此时，不管有无virtual关头字，基类的函数将被沉没（详细别与重载搅浑）。

（2）如果派生类的函数与基类的函数同名，并且参数也相同，可是基类函数没有virtual关头字。此时，基类的函数被沉没（详细别与笼罩搅浑）。

    示例措施8-2-2（a）中：

（1）函数Derived::f(float)笼罩了Base::f(float)。

（2）函数Derived::g(int)沉没了Base::g(float)，而不是重载。

（3）函数Derived::h(float)沉没了Base::h(float)，而不是笼罩。

 

#include <iostream.h>

    >

{

public:

    virtual void f(float x){ cout << "Base::f(float) " << x << endl; }

void g(float x){ cout << "Base::g(float) " << x << endl; }

            void h(float x){ cout << "Base::h(float) " << x << endl; }

};

    >

{

public:

    virtual void f(float x){ cout << "Derived::f(float) " << x << endl; }

void g(int x){ cout << "Derived::g(int) " << x << endl; }

            void h(float x){ cout << "Derived::h(float) " << x << endl; }

};

示例8-2-2（a）成员函数的重载、笼罩和沉没

 

    据作者调查，很多C 措施员没故认识到有“沉没”这回事。由于了解不足深入，“沉没”的产生可谓按兵不动，往往孕育产生令人迷惑的结果。

示例8-2-2（b）中，bp和dp指向统一地址，按理说运转结果应该是相同的，可原形并非如许。

 

void main(void)

{

Derived  d;

Base *pb = &d;

Derived *pd = &d;

// Good : behavior depends solely on type of the object

pb->f(3.14f); // Derived::f(float) 3.14

pd->f(3.14f); // Derived::f(float) 3.14

 

// Bad : behavior depends on type of the pointer

pb->g(3.14f); // Base::g(float) 3.14

pd->g(3.14f); // Derived::g(int) 3        (surprise!)

 

// Bad : behavior depends on type of the pointer

pb->h(3.14f); // Base::h(float) 3.14      (surprise!)

pd->h(3.14f); // Derived::h(float) 3.14

}

示例8-2-2（b） 重载、笼罩和沉没的比较

8.2.3 开脱沉没

    沉没划定耿直惹起了不少贫困坚苦。示例8-2-3措施中，语句pd->f(10)的本意是想调用函数Base::f(int)，可是Base::f(int)不幸被Derived::f(char *)沉没了。由于数字10不能被隐式地转化为字符串，以是在编译时失足。

 

>

{

public:

void f(int x);

};

>

{

public:

void f(char *str);

};

void Test(void)

{

Derived *pd = new Derived;

pd->f(10);    // error

}

示例8-2-3 由于沉没而招致错误

 

    从示例8-2-3看来，沉没划定耿直宛如很愚昧。可是沉没划定耿直至多有两个存在的理由：

u       写语句pd->f(10)的人也许真的想调用Derived::f(char *)函数，只是他误将参数写错了。有了沉没划定耿直，编译器就可以清晰明明指失足误，这未必不是功德。否则，编译器会静沉寂地将功补过，措施员将很难创造这个错误，流下祸根。

u       假如类Derived有多个基类（多重承继），有时搞不清晰哪些基类界说了函数f。如果没有沉没划定耿直，那么pd->f(10)也许会调用一个出乎料想的基类函数f。当然沉没划定耿直看起来不怎样有事理，但它几乎能毁灭这些意外。

 

示例8-2-3中，如果语句pd->f(10)一定要调用函数Base::f(int)，那么将类Derived点窜为如下即可。

>

{

public:

void f(char *str);

void f(int x) { Base::f(x); }

};

8.3 参数的缺省值

有一些参数的值在每次函数调用时都相同，缮写如许的语句会使人腻烦。C 语言收受接纳参数的缺省值使缮写变得精练（在编译时，缺省值由编译器主动拔出）。

    参数缺省值的运用划定耿直：

l         【划定耿直8-3-1】参数缺省值只能呈目下当今函数的声明中，而不能呈目下当今界说体中。

比方：

    void Foo(int x=0, int y=0);    // 正确，缺省值呈目下当今函数的声明中

 

    void Foo(int x=0, int y=0)        // 错误，缺省值呈目下当今函数的界说体中

    {

…

    }

为什么会如许？我想是有两个原因：一是函数的完成（界说）正本就与参数可否有缺省值有关，以是没有需要让缺省值呈目下当今函数的界说体中。二是参数的缺省值也许会改动，显然点窜函数的声明比点窜函数的界说要便当。

 

l         【划定耿直8-3-2】如果函数有多个参数，参数只能从后向前挨个儿缺省，否则将招致函数调用语句怪模怪样。

正确的示比方下：

void Foo(int x, int y=0, int z=0);

错误的示比方下：

void Foo(int x=0, int y, int z=0);   

 

要详细，运用参数的缺省值并没有赋予函数新的结果，仅仅是使缮写变得精练一些。它也许会提高函数的易用性，可是也也许会低落函数的可了然性。以是我们只能适外地运用参数的缺省值，要提防运用不当孕育产生负面结果。示例8-3-2中，不合理地运用参数的缺省值将招致重载函数output孕育产生二义性。

 

#include <iostream.h>

void output( int x);

void output( int x, float y=0.0);

 

void output( int x)

{

    cout << " output int " << x << endl ;

}

 

void output( int x, float y)

{

    cout << " output int " << x << " and float " << y << endl ;

}

 

void main(void)

{

    int x=1;

    float y=0.5;

//  output(x);          // error! ambiguous call

    output(x,y);        // output int 1 and float 0.5

}

 

示例8-3-2  参数的缺省值将招致重载函数孕育产生二义性

8.4 运算符重载

8.4.1 概念

    在C 语言中，可以用关头字operator加上运算符来暗示函数，叫做运算符重载。比方两个双数相加函数：

    Complex Add(const Complex &a, const Complex &b);

可以用运算符重载来暗示：

    Complex operator (const Complex &a, const Complex &b);

    运算符与平常函数在调用时的不合之处是：塞责平常函数，参数呈目下当今圆括号内；而塞责运算符，参数呈目下当今其左、右侧。比方

   Complex a, b, c;

    …

    c = Add(a, b); // 用平常函数

    c = a b;        // 用运算符

    如果运算符被重载为全局函数，那么只要一个参数的运算符叫做一元运算符，有两个参数的运算符叫做二元运算符。

    如果运算符被重载为类的成员函数，那么一元运算符没有参数，二元运算符只要一个右侧参数，由于工具本人成了左侧参数。

    从语法上讲，运算符既可以界说为全局函数，也可以界说为成员函数。文献[Murray , p44-p47]对此问题作了较多的阐述，并总结了表8-4-1的划定耿直。

 

运算符

划定耿直

实足的一元运算符

建议重载为成员函数

= () [] ->

只能重载为成员函数

= -= /= *= &= |= ~= %= >>= <<=

建议重载为成员函数

实足别的运算符

建议重载为全局函数

表8-4-1 运算符的重载划定耿直

 

由于C 语言支撑函数重载，才干将运算符当成函数来用，C语言就不可。我们要以平日心来对待运算符重载：

（1）不要过分担心本人不会用，它的素质依然是措施员们看法的函数。

（2）不要过分热心肠运用，如果它不能使代码变得加倍易读易写，那就别用，否则会自找贫困坚苦。

 

8.4.2 不能被重载的运算符

    在C 运算符鸠合中，有一些运算符是不允许被重载的。这种限定是出于安好方面的思量，可提防错误和混乱。

（1）不能改动C 内部数据典范榜样（如int,float等）的运算符。

（2）不能重载‘.’，由于‘.’在类中对任何成员都存心义，曾经成为标准用法。

（3）不能重载目下当今C 运算符鸠合中没有的标志，如#,@,$等。原因有两点，一是难以了然，二是难以确定优先级。

（4）对曾经存在的运算符制止重载时，不能改动优先级划定耿直，否则将惹起混乱。

8.5 函数内联

8.5.1 用内联代替宏代码

    C 语言支撑函数内联，其方针是为了提高函数的尝试效率（速度）。

    在C措施中，可以用宏代码提高尝试效率。宏代码本人不是函数，但运用起来象函数。预处理器用复制宏代码的方法代替函数调用，省去了参数压栈、天生汇编语言的CALL调用、前去参数、尝试return等历程，从而提高了速度。运用宏代码最大的缺陷是随意马虎失足，预处理器在复制宏代码时往往孕育发买卖想不到的边沿效应。比方

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

语句

result = MAX(i, j) 2 ;

将被预处理器表明为

    result = (i) > (j) ? (i) : (j) 2 ;

由于运算符‘ ’比运算符‘:’的优先级高，以是上述语句并不等价于希冀的

    result = ( (i) > (j) ? (i) : (j) ) 2 ;

如果把宏代码改写为

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

则可以处理由优先级惹起的错误。可是即使运用点窜后的宏代码也不是万无一失的，比方语句   

result = MAX(i , j);

将被预处理器表明为

    result = (i ) > (j) ? (i ) : (j);

    塞责C 而言，运用宏代码另有另一种缺陷：无法操纵类的公罕有据成员。

 

让我们看看C 的“函数内联”是如何使命的。塞责任何内联函数，编译器在标志表里放入函数的声明（包孕名字、参数典范榜样、前去值典范榜样）。如果编译器没有创造内联函数存在错误，那么该函数的代码也被放入标志表里。在调用一个内联函数时，编译器起首反省调用可否正确（制止典范榜样安好反省，也许制止主动典范榜样转换，当然对实足的函数都一样）。如果正确，内联函数的代码就会间接换取函数调用，于是省去了函数调用的开支。这个历程与预处理有显著的不合，由于预处理器不能制止典范榜样安好反省，也许制止主动典范榜样转换。假如内联函数是成员函数，工具的地址（this）会被放在相宜的中心，这也是预处理器办不到的。

C 语言的函数内联机制既具有宏代码的效率，又添加了安好性，并且可以安逸操纵类的数据成员。以是在C 措施中，应该用内联函数代替实足宏代码，“断言assert”生怕是独一的例外。assert是仅在Debug版本起传染冲动的宏，它用于反省“不该该”产生的情况。为了不在措施的Debug版本和Release版本惹起差异，assert不该该孕育产生任何反传染冲动。如果assert是函数，由于函数调用会惹起内存、代码的变化，那么将招致Debug版本与Release版本存在差异。以是assert不是函数，而是宏。（拜见6.5节“运用断言”）

 

8.5.2 内联函数的编程作风

    关头字inline必需与函数界说体放在一路才干使函数成为内联，仅将inline放在函数声明后面不起任何传染冲动。如下作风的函数Foo不能成为内联函数：

    inline void Foo(int x, int y);     // inline仅与函数声明放在一路

    void Foo(int x, int y)

    {

        …

    }

而如下作风的函数Foo则成为内联函数：

    void Foo(int x, int y);    

    inline void Foo(int x, int y)  // inline与函数界说体放在一路

    {

        …

    }

    以是说，inline是一种“用于完成的关头字”，而不是一种“用于声明的关头字”。一样平常地，用户可以阅读函数的声明，可是看不到函数的界说。当然在大多半教科书中内联函数的声明、界说体后面都加了inline关头字，但我觉得inline不该该呈目下当今函数的声明中。这个细节当然不会影响函数的结果，可是施展阐发了高质量C /C措施筹划作风的一个基来历根基则：声明与界说不可混为一谈，用户没有需要、也不该该晓得函数可否需要内联。

    界说在类声明之中的成员函数将主动地成为内联函数，比方

    >

    {

public:

        void Foo(int x, int y) { … }     // 主动地成为内联函数

    }

将成员函数的界说体放在类声明之中当然能带来缮写上的便当，但不是一种优秀的编程作风，上例应该改成：

    // 头文件

>

    {

public:

        void Foo(int x, int y)；

    }

    // 界说文件

    inline void A::Foo(int x, int y)

{

…

}

 

8.5.3 慎用内联

    内联能提高函数的尝试效率，为什么不把实足的函数都界说成内联函数？

    如果实足的函数都是内联函数，还用得着“内联”这个关头字吗？

    内联是以代码膨胀（复制）为价值，仅仅省去了函数调用的开支，从而提高函数的尝试效率。如果尝试函数体内代码的光阴，相比于函数调用的开支较大，那么效率的劳绩会很少。另一方面，每一处内联函数的调用都要复制代码，将使措施的总代码量增大，消费更多的内存空间。以下情况不宜运用内联：

（1）如果函数体内的代码比较长，运用内联将招致内存消费价值较高。

（2）如果函数体内呈现循环，那么尝试函数体内代码的光阴要比函数调用的开支大。

    类的组织函数和析构函数随意马虎让人误解成运用内联更有效。要留意组织函数和析构函数也许会沉没一些举动，如“偷偷地”尝试了基类或成员工具的组织函数和析构函数。以是不要随意地将组织函数和析构函数的界说体放在类声明中。

一个好的编译器将会依据函数的界说体，主动地撤销不值得的内联（这进一步说清晰明晰inline不该该呈目下当今函数的声明中）。

8.6 一些心得领会

    C 语言中的重载、内联、缺省参数、隐式转换等机制展现了很多所长，可是这些所长的面前都沉没着一些隐患。正如人们的饮食，少食和暴食都不可取，该当恰到好处。我们要辨证地对待C 的新机制，应该恰到好处地运用它们。当然这会使我们编程时多费一些心思，少了一些直率，但这才是编程的艺术。



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