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发信人: xuxian (呵呵), 信区: C_and_CPP
标  题: 8
发信站: 哈工大紫丁香 (Tue Sep  9 12:42:02 2003)

高质量C++/C编程指南（8）

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2002年08月08日 20:46:37 www.fanqiang.com

第8章 C++函数的高级特性
    对比于C语言的函数，C++增加了重载（overloaded）、内联（inline）、const和vir
tual四种新机制。其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。

    重载和内联肯定有其好处才会被C++语言采纳，但是不可以当成免费的午餐而滥用。本
章将探究重载和内联的优点与局限性，说明什么情况下应该采用、不该采用以及要警惕错
用。

    8.1 函数重载的概念
    8.1.1 重载的起源

    自然语言中，一个词可以有许多不同的含义，即该词被重载了。人们可以通过上下文
来判断该词到底是哪种含义。“词的重载”可以使语言更加简练。例如“吃饭”的含义十
分广泛，人们没有必要每次非得说清楚具体吃什么不可。别迂腐得象孔已己，说茴香豆的
茴字有四种写法。

    在C++程序中，可以将语义、功能相似的几个函数用同一个名字表示，即函数重载。这
样便于记忆，提高了函数的易用性，这是C++语言采用重载机制的一个理由。例如示例8-1
-1中的函数EatBeef,EatFish,EatChicken可以用同一个函数名Eat表示，用不同类型的参数
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++语言采用重载机制的另一个理由是：类的构造函数需要重载机制。因为C++规定构
造函数与类同名（请参见第9章），构造函数只能有一个名字。如果想用几种不同的方法创
建对象该怎么办？别无选择，只能用重载机制来实现。所以类可以有多个同名的构造函数
。

    8.1.2 重载是如何实现的？

    几个同名的重载函数仍然是不同的函数，它们是如何区分的呢？我们自然想到函数接
口的两个要素：参数与返回值。

    如果同名函数的参数不同（包括类型、顺序不同），那么容易区别出它们是不同的函
数。

    如果同名函数仅仅是返回值类型不同，有时可以区分，有时却不能。例如：

    void Function(void);
    int  Function (void);

    上述两个函数，第一个没有返回值，第二个的返回值是int类型。如果这样调用函数：

    int  x = Function ();

    则可以判断出Function是第二个函数。问题是在C++/C程序中，我们可以忽略函数的返
回值。在这种情况下，编译器和程序员都不知道哪个Function函数被调用。

    所以只能靠参数而不能靠返回值类型的不同来区分重载函数。编译器根据参数为每个
重载函数产生不同的内部标识符。例如编译器为示例8-1-1中的三个Eat函数产生象_eat_b
eef、_eat_fish、_eat_chicken之类的内部标识符（不同的编译器可能产生不同风格的内
部标识符）。

    如果C++程序要调用已经被编译后的C函数，该怎么办？

    假设某个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++编译器则会产生像_foo_int_int
之类的名字用来支持函数重载和类型安全连接。由于编译后的名字不同，C++程序不能直接
调用C函数。C++提供了一个C连接交换指定符号extern“C”来解决这个问题。例如：

extern “C”
{
   void foo(int x, int y);
   … // 其它函数
}

或者写成

extern “C”
{
   #include “myheader.h”
   … // 其它C头文件
}

    这就告诉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_in
t_int。C++编译器开发商已经对C标准库的头文件作了extern“C”处理，所以我们可以用
＃include 直接引用这些头文件。

    注意并不是两个函数的名字相同就能构成重载。全局函数和类的成员函数同名不算重
载，因为函数的作用域不同。例如：

    void Print(…);     // 全局函数

    class A

    {…

        void Print(…);    // 成员函数

    }

    不论两个Print函数的参数是否不同，如果类的某个成员函数要调用全局函数Print，
为了与成员函数Print区别，全局函数被调用时应加‘::’标志。如

    ::Print(…);    // 表示Print是全局函数而非成员函数

    8.1.3 当心隐式类型转换导致重载函数产生二义性

    示例8-1-3中，第一个output函数的参数是int类型，第二个output函数的参数是floa
t类型。由于数字本身没有类型，将数字当作参数时将自动进行类型转换（称为隐式类型转
换）。语句output(0.5)将产生编译错误，因为编译器不知道该将0.5转换成int还是float
类型的参数。隐式类型转换在很多地方可以简化程序的书写，但是也可能留下隐患。

# 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, 因为自动类型转换
    output(int(0.5));   // output int 0
    output(float(0.5)); // output float 0.5
}

示例8-1-3 隐式类型转换导致重载函数产生二义性

    8.2 成员函数的重载、覆盖与隐藏
    成员函数的重载、覆盖（override）与隐藏很容易混淆，C++程序员必须要搞清楚概念
，否则错误将防不胜防。

    8.2.1 重载与覆盖

    成员函数被重载的特征：

   （1）相同的范围（在同一个类中）；

   （2）函数名字相同；

   （3）参数不同；

   （4）virtual关键字可有可无。

    覆盖是指派生类函数覆盖基类函数，特征是：

   （1）不同的范围（分别位于派生类与基类）；

   （2）函数名字相同；

   （3）参数相同；

   （4）基类函数必须有virtual关键字。

    示例8-2-1中，函数Base::f(int)与Base::f(float)相互重载，而Base::g(void)被De
rived::g(void)覆盖。

#include <iostream.h>

class Base
{
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;}
};

class Derived : public Base
{
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成员函数的重载和覆盖

    8.2.2 令人迷惑的隐藏规则

    本来仅仅区别重载与覆盖并不算困难，但是C++的隐藏规则使问题复杂性陡然增加。这
里“隐藏”是指派生类的函数屏蔽了与其同名的基类函数，规则如下：

（1）如果派生类的函数与基类的函数同名，但是参数不同。此时，不论有无virtual关键
字，基类的函数将被隐藏（注意别与重载混淆）。

（2）如果派生类的函数与基类的函数同名，并且参数也相同，但是基类函数没有virtual
关键字。此时，基类的函数被隐藏（注意别与覆盖混淆）。

    示例程序8-2-2（a）中：

（1）函数Derived::f(float)覆盖了Base::f(float)。

（2）函数Derived::g(int)隐藏了Base::g(float)，而不是重载。

（3）函数Derived::h(float)隐藏了Base::h(float)，而不是覆盖。

#include <iostream.h>

class Base
{
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; }
};

class Derived : public Base
{
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、覆盖和隐藏

    据作者考察，很多C++程序员没有意识到有“隐藏”这回事。由于认识不够深刻，“隐
藏”的发生可谓神出鬼没，常常产生令人迷惑的结果。

    示例8-2-2（b）中，bp和dp指向同一地址，按理说运行结果应该是相同的，可事实并
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、覆盖和隐藏的比较

    8.2.3 摆脱隐藏

    隐藏规则引起了不少麻烦。示例8-2-3程序中，语句pd->f(10)的本意是想调用函数Ba
se::f(int)，但是Base::f(int)不幸被Derived::f(char *)隐藏了。由于数字10不能被隐
式地转化为字符串，所以在编译时出错。

class Base
{
public:
    void f(int x);
};

class Derived : public Base
{
public:
    void f(char *str);
};

void Test(void)
{
    Derived *pd = new Derived;
    pd->f(10);    // error
}

示例8-2-3 由于隐藏而导致错误

    从示例8-2-3看来，隐藏规则似乎很愚蠢。但是隐藏规则至少有两个存在的理由：

写语句pd->f(10)的人可能真的想调用Derived::f(char *)函数，只是他误将参数写错了。
有了隐藏规则，编译器就可以明确指出错误，这未必不是好事。否则，编译器会静悄悄地
将错就错，程序员将很难发现这个错误，流下祸根。
假如类Derived有多个基类（多重继承），有时搞不清楚哪些基类定义了函数f。如果没有
隐藏规则，那么pd->f(10)可能会调用一个出乎意料的基类函数f。尽管隐藏规则看起来不
怎么有道理，但它的确能消灭这些意外。
    示例8-2-3中，如果语句pd->f(10)一定要调用函数Base::f(int)，那么将类Derived修
改为如下即可。

class Derived : public Base
{
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调用时都相同，书写这样的语句会使人厌烦。C++语言采用
参数的缺省值使书写变得简洁（在编译时，缺省值由编译器自动插入）。

    参数缺省值的使用规则：

【规则8-3-1】参数缺省值只能出现在函数的声明中，而不能出现在定义体中。
例如：
    void Foo(int x=0, int y=0);    // 正确，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？我想是有两个原因：一是函数的实现（定义）本来就与参数是否有缺省值
无关，所以没有必要让缺省值出现在函数的定义体中。二是参数的缺省值可能会改动，显
然修改函数的声明比修改函数的定义要方便。
【规则8-3-2】如果函数有多个参数，参数只能从后向前挨个儿缺省，否则将导致函数调用
语句怪模怪样。
正确的示例如下：
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);
    要注意，使用参数的缺省值并没有赋予函数新的功能，仅仅是使书写变得简洁一些。
它可能会提高函数的易用性，但是也可能会降低函数的可理解性。所以我们只能适当地使
用参数的缺省值，要防止使用不当产生负面效果。示例8-3-2中，不合理地使用参数的缺省
值将导致重载函数output产生二义性。

#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  参数的缺省值将导致重载函数产生二义性

    8.4 运算符重载
    8.4.1 概念

    在C++语言中，可以用关键字operator加上运算符来表示函数，叫做运算符重载。例如
两个复数相加函数：

    Complex Add(const Complex &a, const Complex &b);

    可以用运算符重载来表示：

    Complex operator +(const Complex &a, const Complex &b);

    运算符与普通函数在调用时的不同之处是：对于普通函数，参数出现在圆括号内；而
对于运算符，参数出现在其左、右侧。例如

   Complex a, b, c;

    …

    c = Add(a, b); // 用普通函数

    c = a + b;        // 用运算符 +

    如果运算符被重载为全局函数，那么只有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。

    如果运算符被重载为类的成员函数，那么一元运算符没有参数，二元运算符只有一个
右侧参数，因为对象自己成了左侧参数。

    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]对此问题作了较多的阐述，并总结了表8-4-1的规则。

运算符
规则

所有的一元运算符建议重载为成员函数

= () [] -> 只能重载为成员函数

+= -= /= *= &= |= ~= %= >>= <<= 建议重载为成员函数

所有其它运算符建议重载为全局函数

表8-4-1 运算符的重载规则

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锦瑟
锦瑟无端五十弦，一弦一柱思华年。
庄生晓梦迷蝴蝶，望帝春心托杜鹃。
沧海月明珠有泪，蓝田日暖玉生烟。
此情可待成追忆，只是当时已惘然。

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