C++函數重載的原理

一、函數重載概述

1.1 為什麼要有函數重載

• 在實際的開發中，有時候我們需要實現幾個功能類似的函數，只是有些細節不同。例如希望交換兩個變數的值，但是這兩個變數可能有多種類型：int、char、double、bool等。在C語言中，程式員往往需要分別設計出多個不同名的函數，但是在C++中，這完全沒有必要。C++允許多個函數擁有相同的名字，只要它們的參數列表不同就可以，這就是函數的重載。藉助函數重載，一個函數名就可以有多種用途。

1.2 構成函數重載的條件

1. 函數名相同
2. 參數列表不同（即：參數個數不同/參數類型不同/參數順序不同）

1.3 實例

• 如下swap()函數即可構成函數重載：

#include <iostream>
using namespace std;

void swap(int &v1,int &v2) {
	int temp = v1;
	v1 = v2;
	v2 = temp;
}

void swap(char &v1, char &v2) {
	char temp = v1;
	v1 = v2;
	v2 = temp;
}


int main() {
	int a = 1, b = 2;
	swap(a, b);
	cout << "a=" << a << "，b=" << b << endl;

	char c = 'q', d = 'w';
	swap(c, d);
	cout << "c=" << c << "，d=" << d << endl;

	return 0;
}

1.4 註意

1. 函數的返回值類型與函數重載無關。

   • 如下代碼便不構成函數重載
     

2. 調用函數時，實參的隱式類型轉換可能會產生二義性。

   • 如下代碼便會因此產生二義性
   • 在下麵的代碼中，main函數調用了display函數，傳入的實參為int類型的變數，但是代碼中所定義的display函數的形參類型只有long類型和double類型，因此編譯器想要匹配成功的話，就必須進行數據類型的隱式轉換，但是int類型既可以隱式轉換成long類型，也可以隱式轉換成double類型，所以就導致編譯器不知道要調用以哪個函數，從而造成了二義性，導致編譯失敗。
     

二、函數重載的實現原理

2.1 概述

• C++代碼在編譯時會根據參數列表對函數名進行命重名（該技術被官方稱為：name mangling），例如 void swap(int v1, int v2)會被重命名為 _swapii ，void swap(char v1,char v2)會被重命名為 _swapcc（不同的編譯器會有不同的重命名規範，這裡僅僅舉例說明，實際情況可能並非如此）。當發生函數調用時，系統便會根據這些被重新命名的函數名去調用相應的函數。
• 因此從這個角度來講，函數重載僅僅是語法層面上的，本質上它們還是不同的函數，占用不同的記憶體，入口地址也不一樣。

2.2 證明

• 實驗環境：
  1. windows10 64位
  2. Visual Studio 2017 社區版
• 我們先創建一個FunctionOverload.cpp源文件，文件中的代碼如下所示：

#include <iostream>
using namespace std;

void display(int v1) {
	cout << "display(int)" << v1 << endl;
}

void display(char v1, int v2) {
	cout << "display(char)" << v1 << "," << v2 << endl;
}

int main() {
	display(1);
	display('a',2);
	return 0;
}

• 然後進行編譯生成（註意：在編譯生成的時候要把debug模式改為release模式，並且要禁止release模式的優化），如下圖：
  

• 再將生成好的release版exe文件使用IDA打開，由下圖我們可以看到，兩函數名是不同的，這也就印證了我們以上的說法。
  

2.3 題外話

1. 之所以要將debug模式改為release模式，是因為在debug模式下生成的exe中含有需要大量調試信息，而這些調試信息會影響我們的分析。
2. 之所以要禁止release模式的優化，是由於我們所編寫的display函數太過簡單，到時候編譯器進行編譯時，很可能會把我們的display優化掉，如下圖：
   

• 可以看到，左邊綠框中的display函數名消失了，且右邊main函數中並沒有調用display函數的痕跡，而是直接將display函數的函數體搬進main函數中的函數體中，直接執行了（編譯器之所以這樣優化是因為可以減低函數調用的開銷）。