第八章 函數探幽

来源:https://www.cnblogs.com/cs-whx/p/18069340
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8.1 C++內聯函數 提出的目的：為了提高程式運行速度。 內聯函數和普通函數的區別： 編譯方式： 內聯函數在編譯時會被直接替換到調用處，而不是像普通函數那樣通過函數調用的方式執行。這樣可以減少函數調用的開銷，提高程式執行效率。 普通函數則是通過函數調用的方式執行，會涉及函數棧的壓棧和出棧操作。 代 ...


8.1 C++內聯函數

提出的目的：為了提高程式運行速度。
內聯函數和普通函數的區別：

  1. 編譯方式：

    • 內聯函數在編譯時會被直接替換到調用處，而不是像普通函數那樣通過函數調用的方式執行。這樣可以減少函數調用的開銷，提高程式執行效率。
    • 普通函數則是通過函數調用的方式執行，會涉及函數棧的壓棧和出棧操作。

  2. 代碼複製：

    • 內聯函數會在每個調用處直接插入函數代碼，因此可能會導致代碼冗餘增加，尤其對於較大的函數來說。
    • 普通函數只在記憶體中存儲一份代碼，多次調用時共用這一份代碼。

  3. 適用場景：

    • 內聯函數適合用於簡單的、頻繁調用的函數，可以減少函數調用帶來的開銷。
    • 普通函數適合用於複雜的、功能復用性強的函數，可以提高代碼的可讀性和維護性。

  4. 代碼大小：

    • 使用內聯函數可能會增加最終生成的可執行文件的大小，因為函數代碼會被覆制到每個調用處。
    • 普通函數會減少可執行文件的大小，因為函數代碼只需要存儲一份。

總的來說，內聯函數可以提高程式的執行效率，但可能會增加代碼的大小，空間換時間；普通函數更適合用於複雜的功能或需要多次重覆調用的場景。在實際編程中，要根據具體情況選擇使用內聯函數還是普通函數。
下麵是一個內聯函數的代碼例子：

#include <iostream>

// 內聯函數定義
inline int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

int main() {
    int x = 5;
    int y = 10;
    
    int result = add(x, y); // 內聯函數調用
    
    std::cout << "Result: " << result << std::endl;
    
    return 0;
}

在上述代碼中，我們定義了一個內聯函數 add，用於計算兩個整數的和。在 main 函數中，我們通過 add 函數進行求和，並輸出結果。

內聯函數的關鍵字 inline 告訴編譯器將該函數內聯展開，而不是通過函數調用的方式執行。這樣可以減少函數調用的開銷，提高程式的執行效率。需要註意的是，編譯器會根據具體情況決定是否真正內聯展開函數代碼，因此並非所有帶有 inline 關鍵字的函數都會被內聯展開。

請註意，內聯函數適用於簡單的、頻繁調用的函數。在實際編程中，應根據需求和具體情況來決定是否使用內聯函數。

如果使用C語言的巨集執行了類似的函數定義功能，應該考慮替換為c++內聯函數。

8.2 引用變數

引用時已定義的變數的別名，其主要用途時用作函數的形參。

8.2.1 創建引用變數

下麵是demo

#include <iostream>

int main() {
    int num = 10;   // 定義一個整數變數
    int& ref = num;  // 創建一個對整數變數的引用

    std::cout << "num: " << num << std::endl;  // 輸出 num 的值
    std::cout << "ref: " << ref << std::endl;  // 輸出引用 ref 的值

    ref = 20;  // 通過引用修改原變數的值

    std::cout << "num after modification: " << num << std::endl;  // 輸出修改後的 num 的值
    std::cout << "ref after modification: " << ref << std::endl;  // 輸出修改後的引用 ref 的值

    return 0;
}
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註意： 引用必須在聲明引用的時候就將其初始化，而指針是可以先聲明，後賦值。

8.2.2 將引用用作函數參數

當使用按引用傳遞時，被調用的函數可以通過引用參數訪問和修改調用函數中的變數。

下麵是一個相關的例子：

#include <iostream>

// 按引用傳遞的函數
void multiplyByTwo(int &num) {
    num *= 2;  // 通過引用修改調用函數中的變數
}

int main() {
    int number = 5;

    std::cout << "Original value: " << number << std::endl;

    multiplyByTwo(number);  // 通過引用傳遞調用函數中的變數

    std::cout << "Value after function call: " << number << std::endl;

    return 0;
}

在這個示例中，我們定義了一個名為 multiplyByTwo 的函數，它以引用方式接收一個整數參數，並將該參數乘以2。在 main 函數中，我們創建了一個整數變數 number，然後調用 multiplyByTwo 函數並將 number 作為參數傳遞。

由於 multiplyByTwo 函數的參數是按引用傳遞的，它可以直接修改 main 函數中的 number 變數的值。因此，在輸出 "Value after function call" 時，我們會看到 number 的值已經被修改為原來的兩倍。

這個例子展示了按引用傳遞允許被調用的函數訪問和修改調用函數中的變數的情況。當然上述情況也能用指針解決。

8.2.3 引用的屬性和特別之處

左值參數：

左值參數有兩種，一是指可以出現在賦值操作符的左邊的表達式的常規變數，它們是可以被修改的。

​ 二是const 變數，不可被修改。

如果函數的目的不是為了修改傳遞的值，可使用const。

8.2.7 何時使用引用參數

使用原因：

1.能夠修改調用函數中的數據對象。

2.通過傳遞引用而不是整個數據對象，可以提高效率。

什麼時候應使用引用、什麼時候應使用指針呢?什麼時候應按值傳遞呢?

下麵是一些指導原則:

對於使用傳遞的值而不作修改的函數。
1.如果數據對象很小，如內置數據類型或小型結構，則按值傳遞。
2.如果數據對象是數組，則使用指針，因為這是唯一的選擇，並將指針聲明為指向const的指針。
3.如果數據對象是較大的結構，則使用const指針或const引用，以提高程式的效率。這樣可以節省複製結構所需的時間和空間。
4.如果數據對象是類對象，則使用const引用。類設計的語義常常要求使用引用，這是C++新增這項特性的主要原因。因此，傳遞類對象參數的標準方式是按引用傳遞。

對於修改調用函數中數據的函數:
如果數據對象是內置數據類型,則使用指針。如果看到諸如 fxit(&x)這樣的代碼(其中x是 imnt),則很明顯，該函數將修改 x。
如果數據對象是數組，則只能使用指針。
如果數據對象是結構，則使用引用或指針。
如果數據對象是類對象，則使用引用。

8.3 預設參數

預設參數是指當函數調用時少了實參時自動使用的一個值。

如何設置： 必須使用函數原型

char * left(const char * str,int n = 1);如果不對n賦值時，n的值預設為1

註意：對於帶參數列表的函數，必須從右往左添加預設值

8.4 函數重載

函數重載和函數多態是一回事兒。

函數重載是指在同一個作用域內，可以定義多個函數名相同但參數列表不同的函數。通過函數重載，可以根據函數參數的不同來調用不同版本的函數，從而提高代碼的靈活性和可復用性。

下麵是一個簡單的示例來說明函數重載：

#include <iostream>

// 函數重載示例
void printNumber(int num) {
    std::cout << "Integer number: " << num << std::endl;
}

void printNumber(double num) {
    std::cout << "Double number: " << num << std::endl;
}

int main() {
    int a = 10;
    double b = 3.14;

    printNumber(a);  // 調用第一個 printNumber 函數，傳入整數參數
    printNumber(b);  // 調用第二個 printNumber 函數，傳入雙精度浮點數參數

    return 0;
}

在上面的示例中，定義了兩個名為 printNumber 的函數，一個接受 int 類型的參數，另一個接受 double 類型的參數。這兩個函數具有相同的函數名但參數列表不同，因此它們構成了函數重載。

在 main 函數中，分別傳入整數和雙精度浮點數參數來調用 printNumber 函數。由於參數類型不同，編譯器可以根據傳入參數的類型選擇調用相應版本的函數，並輸出不同類型的數字信息。

通過函數重載，我們可以根據不同的參數類型或參數個數來區分函數的行為，使代碼更加靈活，同時避免在命名上進行過多的差異化，提高代碼的可讀性和維護性。

何時用：僅當函數基本上執行相同的任務，但使用不同形式的數據時，才採用函數重載。

8.5 函數模板（重要）

函數模板是一種通用的函數定義，通過引入類型參數，可以實現多個類型的數據進行相同的操作。

#include <iostream>

// 函數模板定義
template <typename T> // 常用為
template <class T>
T getMax(T a, T b) {
    return (a > b) ? a : b;
}

int main() {
    int num1 = 10, num2 = 20;
    double num3 = 3.14, num4 = 2.7;

    // 調用函數模板
    int maxInt = getMax(num1, num2);
    double maxDouble = getMax(num3, num4);

    std::cout << "Max integer: " << maxInt << std::endl;
    std::cout << "Max double: " << maxDouble << std::endl;

    return 0;
}

8.5.1 重載的模板

當函數模板和函數重載結合時，可以實現更加靈活的代碼設計。下麵是一個示例，演示了同時使用函數模板和函數重載的情況：

#include <iostream>

// 函數模板重載示例
template <typename T>
T getMax(T a, T b) {
    return (a > b) ? a : b;
}

// 函數重載：針對 char* 類型的特殊處理
const char* getMax(const char* a, const char* b) {
    return strcmp(a, b) > 0 ? a : b;
}

int main() {
    int num1 = 10, num2 = 20;
    double num3 = 3.14, num4 = 2.7;
    const char* str1 = "apple";
    const char* str2 = "banana";

    // 調用函數模板
    int maxInt = getMax(num1, num2);
    double maxDouble = getMax(num3, num4);

    // 調用函數重載
    const char* maxStr = getMax(str1, str2);

    std::cout << "Max integer: " << maxInt << std::endl;
    std::cout << "Max double: " << maxDouble << std::endl;
    std::cout << "Max string: " << maxStr << std::endl;

    return 0;
}

在上面的示例中，我們首先定義了一個函數模板 getMax，用於比較兩個相同類型的數據並返回較大值。然後，我們又定義了一個針對 const char* 類型的函數重載版本，用於比較字元串的大小並返回較大的字元串。

在 main 函數中，我們聲明瞭幾個變數，包括整數、雙精度浮點數和字元串。然後分別調用 getMax 函數模板和函數重載版本，根據參數的類型來選擇合適的函數進行處理。

8.5.3 顯式具體化

當處理一些特殊結構的特殊操作時候，可能無法使用模板函數，例如下麵的結構體job，若定義job a，job b，如果要交換a，b裡面的floor值則無法正常使用模板函數，此時提供了顯式具體化的辦法實現。

struct job{
    char name[40];
    double salary;
    int floor;
}
//模板化
template<class T>
void Swap(T &a, T &b);
//對job類型的顯示具體化
template <> void Swap<job>(job &a,job &b);
int main(){
    double u,v;
    
	Swap(u,v);
    job s,w;
    Swap(s,w);
}

8.5.4 實例化和具體化

實例化：是生成一個具體的函數，無論調不調用都存在

具體化：指開闢一個特殊的模板通道，使用時不走普通模板，走此特殊通道。

8.6 總結

	C++擴展了C語言的函數功能。通過將imnline 關鍵字用於函數定義，併在首次調用該函數前提供其函數定義，可以使得C+編譯器將該函數視為內聯函數。也就是說，編譯器不是讓程式聯到獨立的代要受以執行函數，而是用相應的代碼替換函數調用。只有在函數很短時才能採用內聯方式。
	引用變數是一種偽裝指針，它允許為變數創建別名(另一個名稱)。引用變數主要被用作處理結構和類對象的函數的參數。通常，被聲明為特定類型引用的標識符只能指向這種類型的數據;然而，如果一個類(如ofstream)是從另一個類(如ostream)派生出來的，則基類引用可以指向派生類對象。
	C++原型讓您能夠定義參數的預設值。如果函數調用省略了相應的參數，則程式將使用預設值:如果函數調用提供了參數值，則程式將使用這個值(而不是預設值)。只能在參數列表中從右到左提供預設參數。因此，如果為某個參數提供了預設值，則必須為該參數右邊所有的參數提供預設值。
	函數的特征標是其參數列表。程式員可以定義兩個同名函數，只要其特征標不同。這被稱為函數多態或函數重載。通常，通過重載函數來為不同的數據類型提供相同的服務。函數模板自動完成重載函數的過程。只需使用泛型和具體演算法來定義函數，編譯器將為程式中使用的特定參數類型生成正確的函數定

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