第8章 C 函数的低级特性
对比于C言语的函数，C 增加了重载（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。
重载和内联必定有其利益才会被C 言语给与，然则不行以当成免费的午餐而滥用。本章将根究重载和内联的利益与领域性，说明什么环境下应该给与、不该给与以及要警悟错用。
8.1 函数重载的观点
8.1.1 重载的来源
自然言语中，一个词可以有很多分例如的寄义，即该词被重载了。人们可以经过进程上下文来判定该词真相是哪种寄义。“词的重载”可以使言语愈加简练。例如“用饭”的寄义很是广泛，人们没有需求每次非得说清楚过细吃什么不行。别迂腐得象孔已己，说茴喷鼻豆的茴字有四种写法。
在C 递次中，可以将语义、功能类似的几个函数用一致个名字吐露表示，即函数重载。这样便于影象，进步了函数的易用性，这是C 言语给与重载机制的一个来由。例如示例8-1-1中的函数EatBeef,EatFish,EatChicken可以用一致个函数名Eat吐露表示，用分例如典范的参数加以区别。
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 言语给与重载机制的另一个来由是：类的机关函数需求重载机制。因为C 划定礼貌机关函数与类同名（请拜见第9章），机关函数只能有一个名字。若是想用几种分例如的方式创立东西该如何办？别无选择，只能用重载机制来完成。所以类可以有多个同名的机关函数。
8.1.2 重载是如何完成的？
几个同名的重载函数依旧是分例如的函数，它们是如何区分的呢？我们自然想到函数接口的两个要素：参数与前往值。
若是同名函数的参数分例如（包孕典范、递次分例如），那么轻易区别出它们是分例如的函数。
若是同名函数仅仅是前往值典范分例如，偶然可以区分，偶然却不克不及。例如：
void Function(void);
int Function (void);
上述两个函数，第一个没有前往值，第二个的前往值是int典范。若是这样挪用函数：
int x = Function ();
则可以判定出Function是第二个函数。成便是在C /C递次中，我们可以马虎函数的前往值。在这种环境下，编译器和递次员都不晓得哪个Function函数被挪用。
所以只能靠参数而不克不及靠前往值典范的分例如来区分重载函数。编译器根据参数为每个重载函数孕育发生分例如的内部标识符。例如编译器为示例8-1-1中的三个Eat函数孕育发生象_eat_beef、_eat_fish、_eat_chicken之类的内部标识符（分例如的编译器年夜概孕育发生分例如气概的内部标识符）。
若是C 递主要挪用曾经被编译后的C函数，该如何办？
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 编译器则会孕育发生像_foo_int_int之类的名字用来支撑函数重载和典范安好连接。因为编译后的名字分例如，C 递次不克不及间接挪用C函数。C 供应了一个C连接交流指定符号extern“C”来处置这个成就。例如：
extern “C”
{
void foo(int x, int y);
… // 别的函数
}
年夜概写成
extern “C”
{
#include “myheader.h”
… // 别的C头文件
}
这就讲述C 编译译器，函数foo是个C连接，应该到库中找名字_foo而不是找_foo_int_int。C 编译器开拓商曾经对C规范库的头文件作了extern“C”处置惩罚，所以我们可以用＃include 间接援用这些头文件。
留意并不是两个函数的名字相反就能构成重载。全局函数和类的成员函数同名不算重载，因为函数的感化域分例如。例如：
void Print(…); // 全局函数
>
{…
void Print(…); // 成员函数
}
岂论两个Print函数的参数能否分例如，若是类的某个成员函数要挪用全局函数Print，为了与成员函数Print区别，全局函数被挪用时应加‘::’符号。如
::Print(…); // 吐露表示Print是全局函数而非成员函数
8.1.3 把稳隐式典范转换招致重载函数孕育发生二义性
示例8-1-3中，第一个output函数的参数是int典范，第二个output函数的参数是float典范。因为数字自己没有典范，将数字算作参数时将自动举办典范转换（称为隐式典范转换）。语句output(0.5)将孕育发生编译错误，因为编译器不晓得该将0.5转换成int照旧float典范的参数。隐式典范转换在很多中心可以简化递次的誊录，然则也年夜概留下隐患。
# 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, 因为自动典范转换
output(int(0.5)); // output int 0
output(float(0.5)); // output float 0.5
}
示例8-1-3 隐式典范转换招致重载函数孕育发生二义性
8.2 成员函数的重载、笼罩与窜伏
成员函数的重载、笼罩（override）与窜伏很轻易混杂，C 递次员必需要搞清楚观点，不然错误将防不胜防。
8.2.1 重载与笼罩
成员函数被重载的特性：
（1）相反的领域（在一致个类中）；
（2）函数名字相反；
（3）参数分例如；
（4）virtual关键字无关紧要。
笼罩是指派生类函数笼罩基类函数，特性是：
（1）分例如的领域（划分位于派生类与基类）；
（2）函数名字相反；
（3）参数相反；
（4）基类函数必需有virtual关键字。
示例8-2-1中，函数Base::f(int)与Base::f(float)互相重载，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 令人疑惑的窜伏划定礼貌
原来仅仅区别重载与笼罩并不算困难，然则C 的窜伏划定礼貌使成就庞年夜性蓦地增加。这里“窜伏”是指派生类的函数屏障了与其同名的基类函数，划定礼貌如下：
（1）若是派生类的函数与基类的函数同名，然则参数分例如。此时，岂论有无virtual关键字，基类的函数将被窜伏（留意别与重载混杂）。
（2）若是派生类的函数与基类的函数同名，而且参数也相反，然则基类函数没有virtual关键字。此时，基类的函数被窜伏（留意别与笼罩混杂）。
示例递次8-2-2（a）中：
（1）函数Derived::f(float)笼罩了Base::f(float)。
（2）函数Derived::g(int)窜伏了Base::g(float)，而不是重载。
（3）函数Derived::h(float)窜伏了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、笼罩和窜伏
据作者考察，很多C 递次员没有心识到有“窜伏”这回事。因为观点不敷深切，“窜伏”的发生可谓按兵不动，屡屡孕育发生令人疑惑的效果。
示例8-2-2（b）中，bp和dp指向一致地址，按理说运转效果应该是相反的，可实际并非这样。
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、笼罩和窜伏的对照
8.2.3 挣脱窜伏
窜伏划定礼貌惹起了不少费事。示例8-2-3递次中，语句pd->f(10)的本意是想挪用函数Base::f(int)，然则Base::f(int)不幸被Derived::f(char *)窜伏了。因为数字10不克不及被隐式地转化为字符串，所以在编译时堕落。
>
{
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 因为窜伏而招致错误
从示例8-2-3看来，窜伏划定礼貌彷佛很愚蠢。然则窜伏划定礼貌至多有两个存在的来由：
u 写语句pd->f(10)的人年夜概真的想挪用Derived::f(char *)函数，只是他误将参数写错了。有了窜伏划定礼貌，编译器就可以大白指堕落误，这未必不是功德。不然，编译器会静暗公然将功补过，递次员将很难发明这个错误，流下祸胎。
u 假定类Derived有多个基类（多重经受），偶然搞不清楚哪些基类定义了函数f。若是没有窜伏划定礼貌，那么pd->f(10)年夜概会挪用一个出人意表的基类函数f。尽管窜伏划定礼貌看起来不如何有事理，但它几乎能清除这些意外。
示例8-2-3中，若是语句pd->f(10)必定要挪用函数Base::f(int)，那么将类Derived批改为如下即可。
>
{
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挪用时都相反，誊录这样的语句会使人讨厌。C 言语给与参数的缺省值使誊录变得轻便（在编译时，缺省值由编译器自动拔出）。
参数缺省值的运用划定礼貌：
l 【划定礼貌8-3-1】参数缺省值只能出现在函数的声明中，而不克不及出现在定义体中。
例如：
void Foo(int x=0, int y=0); // 准确，缺省值出现在函数的声明中
void Foo(int x=0, int y=0) // 错误，缺省值出现在函数的定义体中
{
…
}
为什么会这样？我想是有两个缘由：一是函数的完成（定义）原来就与参数能否出缺省值有关，所以没有需求让缺省值出现在函数的定义体中。二是参数的缺省值年夜概会窜改，显然批改函数的声明比批改函数的定义要便当。
l 【划定礼貌8-3-2】若是函数有多个参数，参数只能从后向前挨个儿缺省，不然将招致函数挪用语句怪模怪样。
准确的示例如下：
void Foo(int x, int y=0, int z=0);
错误的示例如下：
void Foo(int x=0, int y, int z=0);
要留意，运用参数的缺省值并没有授予函数新的功能，仅仅是使誊录变得轻便一些。它年夜概会进步函数的易用性，然则也年夜概会低潮函数的可熟悉性。所以我们只能适本地运用参数的缺省值，要防备运用不当孕育发生负面效果。示例8-3-2中，分例如理地运用参数的缺省值将招致重载函数output孕育发生二义性。
#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发生二义性
8.4 运算符重载
8.4.1 观点
在C 言语中，可以用关键字operator加上运算符来吐露表示函数，叫做运算符重载。例如两个双数相加函数：
Complex Add(const Complex &a, const Complex &b);
可以用运算符重载来吐露表示：
Complex operator (const Complex &a, const Complex &b);
运算符与深刻函数在挪用时的分例如之处是：关于深刻函数，参数出现在圆括号内；而关于运算符，参数出现在其左、右侧。例如
Complex a, b, c;
…
c = Add(a, b); // 用深刻函数
c = a b; // 用运算符
若是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。
若是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，因为东西自己成了左侧参数。
从语法上讲，运算符既可以定义为全局函数，也可以定义为成员函数。文献[Murray , p44-p47]对此成就作了较多的论述，并总结了表8-4-1的划定礼貌。
运算符
划定礼貌
悉数的一元运算符
发起重载为成员函数
= () [] ->
只能重载为成员函数
= -= /= *= &= |= ~= %= >>= <<=
发起重载为成员函数
悉数别的运算符
发起重载为全局函数
表8-4-1 运算符的重载划定礼貌
因为C 言语支撑函数重载，才干将运算符当成函数来用，C言语就不行。我们要以泛泛心来看待运算符重载：
（1）不要过火忧虑自己不会用，它的本性依旧是递次员们熟谙的函数。
（2）不要过火热心肠运用，若是它不克不及使代码变得愈加易读易写，那就别用，不然会自找费事。
8.4.2 不克不及被重载的运算符
在C 运算符纠集中，有一些运算符是不许诺被重载的。这种限定是出于安好方面的思考，可防备错误和杂沓。
（1）不克不及窜改C 内部数据典范（如int,float等）的运算符。
（2）不克不及重载‘.’，因为‘.’在类中对任何成员都有心义，曾经成为规范用法。
（3）不克不及重载目前C 运算符纠集中没有的符号，如#,@,$等。缘由有两点，一是难以熟悉，二是难以确定优先级。
（4）对曾经存在的运算符举办重载时，不克不及窜改优先级划定礼貌，不然将惹起杂沓。
8.5 函数内联
8.5.1 用内联替代宏代码
C 言语支撑函数内联，其目的是为了进步函数的实施屈从（速度）。
在C递次中，可以用宏代码进步实施屈从。宏代码自己不是函数，但运用起来象函数。预处置惩罚器用复制宏代码的体式格局替代函数挪用，省去了参数压栈、生成汇编言语的CALL挪用、前往参数、实施return等过程，从而进步了速度。运用宏代码最年夜的缺陷是轻易堕落，预处置惩罚器在复制宏代码时屡屡孕育发买卖想不到的边沿效应。例如
#define MAX(a, b) (a) > (b) ? (a) : (b)
语句
result = MAX(i, j) 2 ;
将被预处置惩罚器诠释为
result = (i) > (j) ? (i) : (j) 2 ;
因为运算符‘ ’比运算符‘:’的优先级高，所以上述语句并不等价于祈望的
result = ( (i) > (j) ? (i) : (j) ) 2 ;
若是把宏代码改写为
#define MAX(a, b) ( (a) > (b) ? (a) : (b) )
则可以处置由优先级惹起的错误。然则纵然运用批改后的宏代码也不是十拿九稳的，例如语句
result = MAX(i , j);
将被预处置惩罚器诠释为
result = (i ) > (j) ? (i ) : (j);
关于C 而言，运用宏代码另有另一种缺陷：无法操作类的公无数据成员。
让我们看看C 的“函数内联”是如何使命的。关于任何内联函数，编译器在符号内外放入函数的声明（包孕名字、参数典范、前往值典范）。若是编译器没有发明内联函数存在错误，那么该函数的代码也被放入符号内外。在挪用一个内联函数时，编译器起首反省挪用能否准确（举办典范安好反省，年夜概举办自动典范转换，当然对悉数的函数都一样）。若是准确，内联函数的代码就会间接交流函数挪用，于是省去了函数挪用的开支。这个过程与预处置惩罚有较着的分例如，因为预处置惩罚器不克不及举办典范安好反省，年夜概举办自动典范转换。假定内联函数是成员函数，东西的地址（this）会被放在吻合的中心，这也是预处置惩罚器办不到的。
C 言语的函数内联机制既具有宏代码的屈从，又增加了安好性，而且可以自由操作类的数据成员。所以在C 递次中，应该用内联函数替代悉数宏代码，“断言assert”生怕是唯一的破例。assert是仅在Debug版本起感化的宏，它用于反省“不该该”发生的环境。为了不在递次的Debug版本和Release版本惹起差别，assert不该该孕育发生任何反感化。若是assert是函数，因为函数挪用会惹起内存、代码的变卦，那么将招致Debug版本与Release版本存在差别。所以assert不是函数，而是宏。（拜见6.5节“运用断言”）
8.5.2 内联函数的编程气概
关键字inline必需与函数定义体放在一起才干使函数成为内联，仅将inline放在函数声明前面不起任何感化。如上风格的函数Foo不克不及成为内联函数：
inline void Foo(int x, int y); // inline仅与函数声明放在一起
void Foo(int x, int y)
{
…
}
而如上风格的函数Foo则成为内联函数：
void Foo(int x, int y);
inline void Foo(int x, int y) // inline与函数定义体放在一起
{
…
}
所以说，inline是一种“用于完成的关键字”，而不是一种“用于声明的关键字”。寻常地，用户可以阅读函数的声明，然则看不到函数的定义。尽管在年夜多数教科书中内联函数的声明、定义体前面都加了inline关键字，但我觉得inline不该该出现在函数的声明中。这个细节当然不会影响函数的功能，然则表现了高质量C /C递次诡计气概的一个根基绳尺：声明与定义不行等量齐不都雅，用户没有需求、也不该该晓得函数能否需求内联。
定义在类声明之中的成员函数将自动地成为内联函数，例如
>
{
public:
void Foo(int x, int y) { … } // 自动地成为内联函数
}
将成员函数的定义体放在类声明之中当然能带来誊录上的便当，但不是一种优越的编程气概，上例应该改成：
// 头文件
>
{
public:
void Foo(int x, int y)；
}
// 定义文件
inline void A::Foo(int x, int y)
{
…
}
8.5.3 慎用内联
内联能进步函数的实施屈从，为什么不把悉数的函数都定义成内联函数？
若是悉数的函数都是内联函数，还用得着“内联”这个关键字吗？
内联因此代码收缩（复制）为价格，仅仅省去了函数挪用的开支，从而进步函数的实施屈从。若是实施函数体内代码的功夫，比拟于函数挪用的开支较年夜，那么屈从的播种会很少。另一方面，每一处内联函数的挪用都要复制代码，将使递次的总代码量增年夜，消耗更多的内存空间。以下环境不宜运用内联：
（1）若是函数体内的代码对照长，运用内联将招致内存消耗价格较高。
（2）若是函数体内出现循环，那么实施函数体内代码的功夫要比函数挪用的开支年夜。
类的机关函数和析构函数轻易让人误解成运用内联更有用。要把稳机关函数和析构函数年夜概会窜伏一些活动，如“偷偷地”实施了基类或成员东西的机关函数和析构函数。所以不要肆意地将机关函数和析构函数的定义体放在类声明中。
一个好的编译器将会根据函数的定义体，自动地取消不值得的内联（这进一步说清楚明明inline不该该出现在函数的声明中）。
8.6 一些心得体味
C 言语中的重载、内联、缺省参数、隐式转换等机制展示了很多利益，然则这些利益的目下都窜伏着一些隐患。正如人们的饮食，少食和暴食都不行取，理应恰到利益。我们要辨证地看待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，少了一些爽直，但这才是编程的艺术。
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