模块化编程--函数的进阶

1.内联函数
- 1.1 inline基本情况
- 1.2 inline 的前世今生-带参的宏替换
2.传递引用（重点）
- 2.1引用、理由、注意事项
- 2.3 交换两个变量的数值
3.返回引用
- 3.1不要返回局部变量的引用
- 3.2函数可以不返回值，默认返回传入的引用对象本身
- 3.3返回引用时，要求函数的参数中必须包含被返回的引用对象
4.参数的默认值
5.随堂练习--使用函数实现游戏中的私聊
6.函数重载（重点）
7.函数模版（难点）

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1.内联函数

1.1 inline基本情况

在大多数的机器上，调用函数都要做很多工作；调用前要先保存寄存器，并在返回时恢复；复制实参；程序还必须转向一个新位置执行。在想利用函数的好处（代码复用，修改效率高）但又想避免函数调用的时间资源消耗，就可以使用内联函数。

内联(inline)函数：（内部联结）是C++为了提高程序运行速度所做的一项改进（C中没有），与常规函数的主要区别在于被调用时的运行机制不同（编写方式是一致的，在函数头部多一个incline关键字）

常规函数运行机制：依据函数名找到函数具体实现处，执行函数
内敛函数运行机制：编译器使用函数代码替换函数调用

内联函数：在函数声明处/函数定义时，加关键字；二者取其一即可。

inline void func1(){cout << 1;cout << 2;}
int main(){func1();
}

在编译将展开函数func1()：

int main(){cout << 1;cout << 2;
}

如果执行函数代码的时间比处理函数调用的时间长，则节约的时间只占整个过程的很小一部分。

建议函数较短的时候使用内联，可以节省函数调用的时间。如果函数较长，将会耗费较多的内存空间（存代码呀，后续之后可能会用在类中用到）

如果函数体太长的话，编译器可能会选择忽略inline关键字，转而做普通函数调用

1.2 inline 的前世今生-带参的宏替换

C时代，如何实现内联呢？内敛等价于替换，C中常用的替换操作是宏定义

#include <iostream>
#define N 5 // 以后在所有使用到N的场合都会被替换成5
#define S(num) num*num  // 宏定义了一个S函数，参数是num, 以后在所有使用到S(num)的地方，都会被自动的体化成 num * num  还不需要考虑参数的数据类型，整型和浮点型都能传，但是，直接替换会处问题
using namespace std;int main(){int result1 = S(5);float result2 = S(5.5);int result3 = S(5 + 10);cout << result1 << '\t' << result2 << '\t' << result3 << endl;return 0;
}

C++ 中为了升级了带参数宏定义直接替换的bug，但是也失去了内连函数的能传任意类型数据的优势

2.传递引用（重点）

2.1引用、理由、注意事项

引用：为对象起了另一名字，实际底层是对对象地址的封装。引用并非对象，只是对象的一个别名。

引用更接近于const 指针，一旦于某个变量关联起来，一般不会变换它效忠的对象；而是为这个对象做一些事情。

int value = 1024;
int &refValue = value;  // 引用必须初始化，使用refValue和value操作的是同一个对象
// 不可以直接引用常量(字面量)
// double &d = 12.3; ❌
const double &d = 12.3; // ☑️ 因为之后对d的修改编译器会报错

使用引用的理由：

可以更加简便的书写代码，省掉指针传参时的取地址符号
可以直接传递某个对象，而不是把对象复制一份

将引用变量作为参数时，函数对原始变量进行操作，而非原始变量的副本。
但数据所占的内存比较大时，建议使用引用参数。

注意：传递数组只能用指针，并使用const 关键字，

2.3 交换两个变量的数值

demo 1: 交换两个变量的值

// 三个版本的交换两个数字
void Swaps1(int, int);
void Swaps2(int *, int *);
void Swaps3(int &, int &);int main(){int num1 = 10, num2 = 5;Swaps1(num1, num2);cout << num1 << "\t" << num2 << endl;Swaps2(&num1, &num2);cout << num1 << "\t" << num2 << endl;Swaps3(num1, num2);      cout << num1 << "\t" << num2 << endl;return 0;}void Swaps1(int num1, int num2){// 书写简单，功能不达int   tmp = num1;num1 = num2;num2 = tmp;
}
void Swaps2(int *p1, int *p2){// 书写繁杂，功能实现// 交换目标地址的值// 取p1目标值，给指针变量tmpint tmp = *p1;// 将p1目标值改为p2的目标值*p1 = *p2;// 将p2的目标值改为tmp中存的值*p2 = tmp;
}
void Swaps3(int &ref1, int &ref2){// 写法和方式1一致，但是能起到交换的结果// 结合1和2 的优点int tmp = ref1;ref1 = ref2;ref2 = tmp;
}

使用引用的注意点：在不想修改变量的地方，需要使用cons限制

demo2: 只想现实一下变量的值，而不想改造他们

void show(const int &, const int &);
int main(){int num1 = 10, num2 = 5;show(num1, num2);return 0;
}
void show(const int &ref1,  const int &ref2){// ref1 = 998;   赋值编译不过cout << ref1 << "\t" << ref2 << endl;}

3.返回引用

函数的返回值可以是引用类型

3.1不要返回局部变量的引用

（函数调用完，局部变量就被销毁了，返回其引用是一个无意义的东西）

void test();
int & Sum();
int & Sum(){// rnum是在Sum()函数中定义的局部变量，其生存期只在Sum()函数中int num = 10;int & rnum = num;return rnum;// 编译： warning: reference to stack memory associated with local variable 'num' returned [-Wreturn-stack-address]// 内存回收：并不是把内存保存数值清零，而是没有变量去操作他了，那一块空间还是在}
void test(){int x = 1;
}

输出是对，是10

int main(){// result 引用了一个局部变量int & result = Sum();cout << result;   // 正常输出return 0;
}

多加一个test输出就不是10，相当于那一块地址的值被1 占了，所以原来的result 引用就是后来的1了。
（另一个函数将覆盖先前函数栈上的数据）

int main(){// result 引用了一个局部变量int & result = Sum();test();          // 多加一个测试函数就会变成1；cout << result;return 0;
}

3.2函数可以不返回值，默认返回传入的引用对象本身

编译可以过，但是无法运行：
zsh: illegal hardware instruction "/Users/chenyingying/CppProject/Helloworld/"main
老师返回的是16，最后一个修改的参数

int & Sum2(int &, int &);int main(){int num1 = 10;int num2 = 15;int &result = Sum2(num1, num2);         // 编译可以过，但是无法运行：// zsh: illegal hardware instruction  "/Users/chenyingying/CppProject/Helloworld/"main// 老师返回的是16，最后一个修改的参数cout << "result = " << result << endl;return 0;
}
int & Sum2(int & num1, int & num2){num1++;num2++;// 编译warming : control reaches end of non-void function [-Wreturn-type]
}

3.3返回引用时，要求函数的参数中必须包含被返回的引用对象

(不能返回带运算的引用return num1 + num2 是不对的)

int & Sum2(int & num1, int & num2){num1++;num2++;// ❌，提示：非常量引用的初始值必须为左值C/C++(461return num1 + num2;
}

在返回引用类型时，为了避免在设计过程中存在模糊的情况，在函数定义时增加const限定，规避由模糊引起的犯错。

4.参数的默认值

参数可以有默认值，在声明时可以传递默认值

void sample(int = 10);
int main(){sample();sample(123);
}
void sample(int num){cout << num << endl;
}

注意点：
1.默认值可以在函数原型或者定义中给出，不能再两个位置同时出现
（实验时在定义中给出，会报错：main.cpp:16:6: note: candidate function not viable: requires 1 argument, but 0 were provided，我还是在声明的时候给默认值吧）
2.对于带参数列表的函数，必须从右向左添加默认值（有默认值得得放在参数列表的后端）

void test1(int a, int b = 5, int c = 10); // ✔️对的，调用时 test1(1); test1(1,2);test3(1,2,3);都对
void test2(int a = 2, int b = 5, int c);  // ❎错，默认参数后的参数也必须有默认值
void test3(int a = 1, int b = 5, int c = 10); // ✔️对的，调用时 test3(1); test3(1,2);test3(1,2,3);都对

5.随堂练习–使用函数实现游戏中的私聊


// 模拟现实游戏中的私聊函数
string chatTo(const string &toName, const string &content);
string chatFrom(const string & = "系统", const string & = "快睡觉");
/*** 跟某人聊天--负责字符串的拼接（聊天格式）* Param tonName 聊天对象的名称* Param content  聊天的内容* return   按某格式拼接聊天信息后的字符串
*/
string chatTo(const string &toName, const string &content){string msg = "❄️ 你悄悄的对[" + toName + "]说：" + content;return msg;
}
string chatFrom(const string &fromName, const string &content){string msg = "❄️[" + fromName + "]悄悄对你说：" + content;return msg;
}int main(){cout << "请输入对方的名称:";string toName,content,chatMsg;getline(cin, toName);cout << "请输入发送对方的聊天信息：";getline(cin, content);chatMsg = chatTo(toName, content);    // 后台应该是需要做处理的cout << endl << chatMsg << endl;cout << "请输入来自对方的信息：";                 // 应该是从网络上接收对的，但是这里只是模拟getline(cin, content);string fromName = toName;chatMsg = chatFrom(fromName, content);                       // 不能通过等号的方式进行传参么cout << endl << chatMsg << endl;return 0;
}

6.函数重载（重点）

overloading: 可以有多个同名函数，但是参数列表不同（特征标不同）

重载决议：编译器在编译时，会依据参数列表对函数进行重命名，来实现重载函数的唯一性

(返回值不同并产生不同的函数重载)

void Swap(int a, int b) 编译器处理为 Swap_int_int()
void Swap(float a, float b) 编译器处理为 Swap_float_float()

deno1: 类型的引用和类型本身所表达的参数列表是一致的（不是函数重载）

void eating(string food){cout << "吃" << food << "1" << endl;
}
void eating(string &food){cout << "吃" << food << "2" << endl;
}

从编译器的角度来看，eating(sting) 和eating(&string)的特征标（参数列表）是一致的

还需要注意：函数重载时不区分const和非const变量。

demo2: 使用重载实现不同数据类型数组的排序

void sort(int[], int);
void sort(float[], int);
void sort(double[], int);
void Show(int[], int);
void Show(float[], int);
void Show(double[], int);void sort(int nums[], int len){int tmp;// cout << "sizeof(nums):" << sizeof(nums) << endl;for(int i = 0; i < len; i++){for(int j = 0; j < len - i -1; j++){if(nums[j] > nums[j + 1]){tmp = nums[j];nums[j] = nums[j+1];nums[j+1] = tmp;}}}}
void sort(float nums[], int len){float tmp;for(int i = 0; i < len; i++){for(int j = 0; j < len - i -1; j++){if(nums[j] > nums[j + 1]){tmp = nums[j];nums[j] = nums[j+1];nums[j+1] = tmp;}}}}void sort(double nums[], int len){double tmp;for(int i = 0; i < len; i++){for(int j = 0; j < len - i -1; j++){if(nums[j] > nums[j + 1]){tmp = nums[j];nums[j] = nums[j+1];nums[j+1] = tmp;}}}}void Show(int nums[], int len){for(int i=0; i < len; i++){cout << nums[i] << "\t" ;}cout << endl;
}
void Show(float nums[], int len){for(int i=0; i < len; i++){cout << nums[i] << "\t" ;}cout << endl;
}
void Show(double nums[], int len){for(int i=0; i < len; i++){cout << nums[i] << "\t" ;}cout << endl;
}int main(){int iNums[] = {1, 3, 2, 4, 6, 5};float fNums[] = {1.2, 3.4, 7.8, 5.5, 6.9};double dNums[] = {1.2, 3.4, 7.8, 5.5, 6.9};cout << "排序前：";Show(iNums, sizeof(iNums)/sizeof(iNums[0]));sort(iNums, sizeof(iNums)/sizeof(int));cout << "排序后：";Show(iNums, sizeof(iNums)/sizeof(iNums[0]));cout << "排序前：";Show(fNums, sizeof(fNums)/sizeof(fNums[0]));sort(fNums, sizeof(fNums)/sizeof(float));cout << "排序后：";Show(fNums, sizeof(fNums)/sizeof(float));cout << "排序前：";Show(dNums, sizeof(dNums)/sizeof(dNums[0]));sort(dNums, sizeof(dNums)/sizeof(double));cout << "排序后：";Show(dNums, sizeof(dNums)/sizeof(double));return 0;
}

输出

排序前：1       3       2       4       6       5
排序后：1       2       3       4       5       6
排序前：1.2     3.4     7.8     5.5     6.9
排序后：1.2     3.4     5.5     6.9     7.8
排序前：1.2     3.4     7.8     5.5     6.9
排序后：1.2     3.4     5.5     6.9     7.8

7.函数模版（难点）

模板函数实际上就是建立一个通用函数，在该函数的定义时不指定具体的数据类型（使用虚拟类型代替）。模板函数被调用时，编译器会根据实参反推数据类型（类型参数化）

// 模板头与函数声明定义需要写在一起
template <typename 类型参数1， typename 类型参数2>
返回值类型 函数名(形参列表){// 在函数体重可以使用类型参数
}template<typename T> void Swap(T &, T &);
// T 可以为任意类型, 可以看成类型参数化， typename(新推荐)/class(旧习惯)
template<typename T> // 模版头部
void Swap(T &a, T &b){T temp = a;a = b;b = temp;
}

demo1: 模版函数实现-函数重载（part 6 中demo2）


template<typename T> void Sort(T tArray[], int len);
template<typename T> void Show(T tArray[], int len);template<typename T>
void Sort(T tArray[], int len){// 冒泡排序法T temp;for(int i = 0; i < len-1; i++){for(int j =0; j <len - i ; j++){if(tArray[j+1] < tArray[j]){temp = tArray[j];tArray[j] = tArray[i];tArray[i] = temp;}}}
}template<typename T>
void Show(T tArray[], int len){for(int i = 0; i < len; i++){cout << tArray[i] << "\t";}cout << endl;
}
int main(){//模版函数demoint iNums[] = {1, 3, 2, 4, 6, 5};float fNums[] = {1.2, 3.4, 7.8, 5.5, 6.9};double dNums[] = {1.2, 3.4, 7.8, 5.5, 6.9};cout << "排序前：";Show(iNums, sizeof(iNums)/sizeof(iNums[0]));Sort(iNums, sizeof(iNums)/sizeof(int));cout << "排序后：";Show(iNums, sizeof(iNums)/sizeof(iNums[0]));cout << "排序前：";Show(fNums, sizeof(fNums)/sizeof(fNums[0]));Sort(fNums, sizeof(fNums)/sizeof(float));cout << "排序后：";Show(fNums, sizeof(fNums)/sizeof(float));cout << "排序前：";Show(dNums, sizeof(dNums)/sizeof(dNums[0]));Sort(dNums, sizeof(dNums)/sizeof(double));cout << "排序后：";Show(dNums, sizeof(dNums)/sizeof(double));return 0;
}

输出：

排序前：1       3       2       4       6       5
排序后：1       2       4       6       3       5
排序前：1.2     3.4     7.8     5.5     6.9
排序后：5.5     1.2     6.9     3.4     7.8
排序前：1.2     3.4     7.8     5.5     6.9
排序后：5.5     1.2     6.9     3.4     7.8

函数重载的优秀之处：相同的函数名可以拥有不同的行为（每个人的吃饭的方式都是存在差异的）
函数模版的优秀之处：重载函数实现的逻辑都一致时，可以直接使用函数模版进行精简。（中等级别的代码用函数模版的还是比较少，在书写框架的时候，函数模版就十分有用）

两者并非替代关系，当重载函数中的实现逻辑是一致时，才能用函数模版替代精简代码

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