C++深入浅出讲解函数重载

2022-11-13 09:11:48 函数重载深入浅出

前言

自然语言中，一个词可以有多重含义，人们可以通过上下文来判断该词真实的含义，即该词被重载了。

比如：以前有一个笑话，国有两个体育项目大家根本不用看，也不用担心。一个是乒乓球，一个是男足。前者是“谁也赢不了！”，后者是“谁也赢不了！”

函数重载

1.1 函数重载的概念

函数重载：

它是函数的一种特殊情况，c++允许在同一作用域中同一作用域中声明几个功能类似的同名函数
函数重载的关键是函数的参数列表，也称为“函数特征标”
这些同名函数的形参列表(参数个数、类型和顺序(不同类型的顺序))必须不同，常用来处理实现功能类似数据类型不同的问题
函数重载也是多态的一种，多态指的是“有多种形式”

//C语言不支持重载，C++支持重载
int Add(int left, int right)
{
   return left+right;
}
double Add(double left, double right)
{
   return left+right;
}
int Add(int left, double right)
{
   return left+right;
}
int Add(double left, int right)
{
   return left+right;
}
int main()
{
   Add(10, 20);
   Add(10.0, 20.0);
   Add(10, 20.0);
   Add(10.0, 20.0)
   return 0;
}

下面两个函数属于函数重载吗？

short Add(short left, short right)
{
   return left+right;
}
int Add(short left, short right)
{
   return left+right;
}
int main()
{
   Add(10, 20);
   Add(10, 20);
   return 0;
}

代码解析：

上述代码中的两个函数不属于函数重载
因为重载的形参列表(参数个数、类型和顺序)必须不同
函数重载与函数返回值的类型无关，并且在函数调用时，也是无法识别它的

1.2 函数重载的意义

意义：

在C语言中，想要定义多个不同类型交换数据的子函数，需要不同的函数名来命名，比如SweapA、SweapB…等等

void SweapA(int *pa, int *pb)
{
   int temp = *pa;
   *pa = *pb;
   *pb = temp;
}
void SweapB(double *pa, double *pb)
{
   double temp = *pa;
   *pa = *pb;
   *pb = temp;
}
int main()
{
   int a = 10, b = 20;
   double c = 10.0, d = 20.0;
   SweapA(&a, &b);
   SweapB(&c), &d);
   return 0;
}

但是，在C++中，通过函数重载，只需要命名一次就可以了
虽然跟C语言一样要重复定义函数，但是后面会学到函数模板后，可以很好的解决这个重复定义问题

void Sweap(int *pa, int *pb)
{
   int temp = *pa;
   *pa = *pb;
   *pb = temp;
}
void Sweap(double *pa, double *pb)
{
   double temp = *pa;
   *pa = *pb;
   *pb = temp;
}
int main()
{
   int a = 10, b = 20;
   double c = 10.0, d = 20.0;
   Sweap(&a, &b);
   Sweap(&c), &d);
   return 0;
}

1.3 名字修饰(name Mangling)

名字修饰(name Mangling)：

C++为了跟踪每一个重载函数，它都会给这些函数指定一个私密身份
使用C++编译器编写函数重载程序时，C++编译器将执行一些奇特的操作 — — ---名称修饰或名称矫正
它根据函数原型中指定的形参对每个函数名进行加密
对参数数目和类型进行编码，添加的一组符号符合随函数形参列表而异，修饰时使用的约定（函数名）随编译器而异

为什么C++支持重载，而C语言不支持呢？

在C/C++中，一个程序要运行起来，需要经历以下几个阶段：预处理、编译、汇编、链接
预处理（.i）：文件展开、宏替换、条件编译、去注释
编译（.s）：检查语法是否正确，生成汇编代码
汇编（.o）：将汇编代码转化成二进制的机器码
链接（a.out）：生成符号表，找调用函数的地址，链接匹配，合并到一起

实际我们的项目通常是由多个头文件和多个源文件构成，当前a.cpp中调用了b.cpp中定义的Add函数
在编译后链接前的处理阶段，a.o的目标文件中没有Add的函数地址，因为Add是在b.cpp中定义的，所以Add的地址在b.o中。那么怎么办呢？
链接器看到a.o调用Add，但是没有Add的地址，就会到b.o的符号表中找Add的地址，然后链接到一起
链接时，面对Add函数，链接器会使用哪个名字去找呢？这里每个编译器都有自己的函数名修饰规则

在linux下使用GCc和g++编译器演示函数名被修饰后的名字

采用C语言编译器编译后结果（反汇编）

结论：在Linux下，采用gcc编译完成后，函数名字的修饰没有发生改变

采用C++编译器编译后结果（反汇编）

结论：在Linux下，采用g++编译完成后，函数名字的修饰发生改变，编译器将函数参数类型信息添加到修改后的名字中

总结

gcc的函数修饰后名字不变。而g++的函数修饰后变成（_Z+函数长度+函数名+类型首字母）

C语言没办法支持重载，因为同名函数没办法区分。而C++是通过函数修饰规则来区分，只要参数不同，修饰出来的名字就不一样，就支持了重载

windows下名字修饰规则

结论：对比Linux会发现，windows下C++编译器对函数名字修饰非常奇怪，但道理都是一样的

扩展学习：C/C++函数调用约定和名字修饰规则

C++函数重载

C/C++的调用约定

接下来，再演示一个例子

f.h
#include <stdio.h>

void f(int a, double b);
void f(double b, int a);

f.cpp
#include "f.h"

void f(int a, double b);
{
printf("%d %lf\n", a, b)
}

void f(double b, int a);
{
printf("%lf %d\n", b, a)
}
Test.cpp
#include "f.h"

int main()
{
f(1, 2.222);
f(2.222, 1);
return 0;
}

编译后，生成汇编指令；链接时，生成符号表

Linux下g++（C++）编译器的命名：

Linux下gcc（C）编译器的命名：

1.4 extern "C"

有时候在C++工程中可能需要将某些函数按照C的风格来编译
但是，大多数情况下是C工程需要将某些函数按照C++的风格来编译
C可以调用CPP的静态/动态库，而CPP也可以调用C的静态/动态库
extern “C”是告诉编译器，它所声明的函数，是C的库，要用C的链接方式去调用静态库或动态库

那么CPP是怎么调用C中的静态/动态库呢？（vs2022演示）

首先，我们用C来生成一个静态库或动态库

Test.h
#include <stdio.h>
void PrintArray(int* p, int n); //显示数组内容
void InsertSort(int* p, int n); //插入排序
Test.C
#include "Test.h"
void InsertSort(int* p, int n)
{
    for (int i = 0; i < n - 1; ++i)
    {
        int end = i;
        int tmp = p[end + 1];
        while (end >= 0)
        {
            if (tmp < p[end])
            {
                p[end + 1] = p[end];
                --end;
            }
            else
            {
                break;
            }
        }
        p[end + 1] = tmp;
    }
}

配置类型改成静态库后，生成解决方案，就得到后缀.lib文件了

在CPP项目中添加新的库目录（这个库是你生成的静态库的路径）

增加新的依赖项（依赖项为生成静态库的文件名+后缀"Test.lib"）

做完这些准备后，我们来进行编译程序

编译后我们发现链接阶段时出现了错误
原因是：C++调用C时，它们之间的函数命名规则（名称修饰）不同
我们需要C++中的extern "C"来解决
extern “C”是告诉编译器，它所声明的函数，是C的库，要用C的链接方式去调用静态库或动态库

extern "C"
{
    //"../"是在当前目录的上一个目录中找文件
    #include "../../Test/Test/Test.h"
}
#include <iOStream>
using namespace std;
void TestInsertSort()
{
	int Array[] = { 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0 };
	InsertSort(Array, sizeof(Array) / sizeof(Array[0]));
	for (int i = 0; i < 10; ++i)
		cout << Array[i] << " ";
	cout << " " << endl;
}
int main()
{
	TestInsertSort();
	return 0;
}

如果C想调用CPP的静态或动态库呢？

C调用CPP库时，也会遇到名称修饰的问题
这里需要对CPP的名称修饰规则改成C的规则
这里我们需要用到"条件编译"来解决问题

Test.h
#include <stdio.h>
#ifdef __cplusplus
      #define EXTERN_C extern "C"
#else 
      #define EXTERN_C
#endif
EXTERN_C void PrintArray(int* p, int n);
EXTERN_C void InsertSort(int* p, int n);
Test.cpp
#include "Test.h"
void PrintArray(int* p, int n)
{
    for (int i = 0; i < n; ++i)
    {
        printf("%d ", p[i]);
    }
    printf("\n");
}
void InsertSort(int* p, int n)
{
    for (int i = 0; i < n - 1; ++i)
    {
        int end = i;
        int tmp = p[end + 1];
        while (end >= 0)
        {
            if (tmp < p[end])
            {
                p[end + 1] = p[end];
                --end;
            }
            else
            {
                break;
            }
        }
        p[end + 1] = tmp;
    }
}

感谢大家支持！！！

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