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C++超詳細分析函數(shù)重載的使用

更新時間：2022年04月20日 16:50:35 作者：清風(fēng)自在?流水潺潺

C++?允許多個函數(shù)擁有相同的名字，只要它們的參數(shù)列表不同就可以，這就是函數(shù)的重載（Function?Overloading），借助重載，一個函數(shù)名可以有多種用途

一、函數(shù)重載分析（上）

1.1 重載的定義

定義：同一個標(biāo)識符在不同的上下文有不同的意義

1.2 函數(shù)重載的定義

用同一個函數(shù)名定義不同的函數(shù)
當(dāng)函數(shù)名和不同的參數(shù)搭配時函數(shù)的含義不同

如下：

下面看一段代碼，感受一下：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int func(int x)
{
    return x;
}
int func(int a, int b)
{
    return a + b;
}
int func(const char* s)
{
    return strlen(s);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
    printf("%d\n", func(3));
    printf("%d\n", func(4, 5));
    printf("%d\n", func("D.T.Software"));
    return 0;
}

下面為輸出結(jié)果：

1.3 函數(shù)重載需要滿足的條件

函數(shù)重載至少滿足下面的一個條件:

參數(shù)個數(shù)不同
參數(shù)類型不同
參數(shù)順序不同

下圖所示就是參數(shù)的順序不同：

下面看一個函數(shù)默認參數(shù)遇上函數(shù)重載的實例程序：

#include <stdio.h>
int func(int a, int b, int c = 0)
{
    return a * b * c;
}
int func(int a, int b)
{
    return a + b;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
    int c = func(1, 2);
    return 0;
}

下面為輸出結(jié)果：

編譯報錯，因為模棱兩可。如果說調(diào)用第一個函數(shù)說的過去，因為符合函數(shù)默認參數(shù)規(guī)則，c 的值已經(jīng)確定；調(diào)用第二個函數(shù)也符合常理，所以編譯不會通過。

1.4 編譯器調(diào)用重載函數(shù)的準(zhǔn)則

將所有同名函數(shù)作為候選者

嘗試尋找可行的候選函數(shù)

精確匹配實參
通過默認參數(shù)能夠匹配實參
通過默認類型轉(zhuǎn)換匹配實參

匹配失敗

最終尋找到的候選函數(shù)不唯一，則出現(xiàn)二義性，編譯失敗。
無法匹配所有候選者，函數(shù)未定義，編譯失敗。

1.5 函數(shù)重載的注意事項

重載函數(shù)在本質(zhì)上是相互獨立的不同函數(shù)
重載函數(shù)的函數(shù)類型不同
函數(shù)返回值不能作為函數(shù)重載的依據(jù)

函數(shù)重載是由函數(shù)名和參數(shù)列表決定的！??！

函數(shù)重載的本質(zhì)是什么？下面通過一段代碼深入分析，編譯環(huán)境為VS2012。

#include "stdafx.h"
#include <stdio.h>
int add(int a, int b)  // int(int, int)
{
    return a + b;
}
int add(int a, int b, int c) // int(int, int, int)
{
    return a + b + c;
}
int main()
{
    printf("%p\n", (int(*)(int, int))add);
    printf("%p\n", (int(*)(int, int, int))add);
    return 0;
}

由C語言的知識可以知道，函數(shù)名就是函數(shù)的入口地址，所以輸出結(jié)果如下：

可以看到，兩個 add() 函數(shù)的入口地址不一樣，所以這兩個 add 是兩個不同的函數(shù)。

編譯器是如何看待這兩個 add() 函數(shù)的呢？下面來深入分析。先看一下編譯器產(chǎn)生的中間結(jié)果，在Test -> Debug -> Test.obj 文件中。

然后使用VS2012里面自帶的命令行工具查看 Test.obj 里面有什么東西。

上圖示為VS2012 命令行所在位置

輸入 dumpbin，如下：

這里只需要關(guān)系 SYMBOLS（符號表），符號表就是編譯器在編譯過程中根據(jù)源代碼所生成的一張表，這張表有程序的函數(shù)名變量等等。

輸入以下命令，其中 /symbols 后面為 Test.obj 所在的位置。

找到下面的地方，可以看到編譯器編譯 (int __cdecl add(int,int)) 時標(biāo)識符為?add@@YAHHH@Z；而編譯器編譯(int __cdecl add(int,int,int)) 時標(biāo)識符為?add@@YAHHHH@Z ，也就是說編譯器在編譯這兩個函數(shù)時已經(jīng)把這兩個函數(shù)分別對待，盡管它們名字一樣，所以兩個 add() 函數(shù)的入口地址不一樣，這就很好理解了。

1.6 小結(jié)

函數(shù)重載是 C++ 中引入的概念
函數(shù)重載用于模擬自然語言中的詞匯搭配
函數(shù)重載使得 C++ 具有更豐富的語義表達能力
函數(shù)重載的本質(zhì)為相互獨立的不同函數(shù)
C++ 中通過函數(shù)名和函數(shù)參數(shù)確定函數(shù)調(diào)用

二、函數(shù)重載分析（下）

2.1 函數(shù)重載遇上函數(shù)指針

將重載函數(shù)名賦值給函數(shù)指針時

根據(jù)重載規(guī)則挑選與函數(shù)指針參數(shù)列表一致的候選者
嚴(yán)格匹配候選者的函數(shù)類型與函數(shù)指針的函數(shù)類型

下面看一段代碼：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int func(int x)
{
    return x;
}
int func(int a, int b)
{
    return a + b;
}
int func(const char* s)
{
    return strlen(s);
}
typedef int(*PFUNC)(int a);
int main(int argc, char *argv[])
{
    int c = 0;
    PFUNC p = func;
    c = p(1);   
    printf("c = %d\n", c);
    return 0;
}

下面為輸出結(jié)果：

這也就是前面說的通過函數(shù)指針?biāo)赶虻暮瘮?shù)類型參數(shù)列表來進行選擇。

注意事項

函數(shù)重載必然發(fā)生在同一個作用域中
編譯器需要用參數(shù)列表或函數(shù)類型進行函數(shù)選擇
無法直接通過函數(shù)名得到重載函數(shù)的入口地址（可以通過指針來獲取）

如下，這段代碼想通過函數(shù)名獲取重載函數(shù)的入口地址：

#include <stdio.h>
int add(int a, int b)  // int(int, int)
{
    return a + b;
}
int add(int a, int b, int c) // int(int, int, int)
{
    return a + b + c;
}
int main()
{
    printf("%p\n", add);
    printf("%p\n", add);
    return 0;
}

編譯的時候會報錯，無法確定是哪個函數(shù)。

2.2 C++和C的相互調(diào)用

實際工程中C++和C代碼相互調(diào)用是不可避免的
C++編譯器能夠兼容C語言的編譯方式
C++編譯器會優(yōu)先使用C++編譯的方式
extern 關(guān)鍵字能強制讓C++編譯器進行C方式的編譯

如下：

在 Linux環(huán)境下新建一個 9-2 文件夾，先在文件夾下新建 add.c 和 add.h 文件，如下：

add.c ：

#include "add.h"
int add(int a, int b)
{
    return a + b;
}

add.h ：

int add(int a, int b);

通過 linux 命令 cd 進入 9-2 文件夾，再將 add.c 轉(zhuǎn)換成 add.o 文件，如下所示：

然后在 9-2 文件夾下建一個 main.cpp 文件，如下：

mian.cpp :

#include <stdio.h>
#include "add.h"
int main()
{
    int c = add(1,2);
    printf("c = %d\n", c);
    return 0;
}

對程序進行編譯，發(fā)現(xiàn)程序報錯，沒有定義 add() 函數(shù)，但是函數(shù)確實已經(jīng)定義了，可以使用 linux 中的 nm 指令查看 add.o 里面的信息，打印出來的就是符號表信息，可以看到確實有 add 。

這個時候就需要使用 extern關(guān)鍵字強制讓C++編譯器進行C方式的編譯，所以 main.cpp就要修改成這樣：

#include <stdio.h>
extern "C"
{
  #include "add.h"  
}
int main()
{
    int c = add(1,2);
    printf("c = %d\n", c);
    return 0;
}

這樣編譯就能通過了：

如果在 9-2 文件中新建一個 main.c 文件，main.c 里面的代碼與 main.cpp 中的相同。

進行編譯，發(fā)現(xiàn)會報錯誤，因為 extern 關(guān)鍵詞寫法是 C++ 中的， C語言不支持該寫法。那有沒有一種寫法既能被 C語言編譯通過，又能讓 C++編譯通過呢？且看下面。

2.3 使得C代碼只會以C的方式被編譯的解決方案

_cplusplus 是C+＋編譯器內(nèi)置的標(biāo)準(zhǔn)宏定義
_cplusplus 的意義是確保C代碼以統(tǒng)一的C方式被編譯成目標(biāo)文件

如下：

所以上述代碼可以寫作，main.c和 main.cpp 均為：

#include <stdio.h>
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
#include "add.h"
#ifdef __cplusplus
}
#endif
int main()
{
    int c = add(1, 2);
    printf("c = %d\n", c);
    return 0;
}

這樣程序在 C語言和 C++ 的編譯環(huán)境下均能通過，如下：

注意事項

C++編譯器不能以C的方式編譯重載函數(shù)

編譯方式?jīng)Q定函數(shù)名被編譯后的目標(biāo)名

C++編譯方式將函數(shù)名和參數(shù)列表編譯成目標(biāo)名
C 編譯方式只將函數(shù)名作為目標(biāo)名進行編譯

下面通過一個例子說明一下：

int add(int a, int b)  // int(int, int)
{
    return a + b;
}
int add(int a, int b, int c) // int(int, int, int)
{
    return a + b + c;
}

將該代碼編譯成目標(biāo)文件，取名為 test.oo，然后通過 linux 中的 nm 命令查看 test.oo 中的東西，可以看到 test 符號表里面有兩個東西 T _Z3addii 和T _Z3addiii，這就是 add 函數(shù)被編譯過后的目標(biāo)函數(shù)名，ii 表示兩個參數(shù)， iii 表示三個參數(shù)。

如果采用 C 方式編譯重載函數(shù)，代碼如下：

extern "C"
{
    int add(int a, int b)  // ==>add
    {
        return a + b;
    }
    int add(int a, int b, int c) // ==>add
    {
        return a + b + c;
    }
}

下面為編譯結(jié)果，可以看到編譯報錯，說兩個 add() 函數(shù)沖突了。