《C++初阶之路》函数重载

2024-04-15 12:47:54

一、本章重点

什么是函数重载？

函数重载的条件

为什么有函数重载？

为什么C不支持函数重载，C++确能支持函数重载？

extern “C”

二、函数重载

2.1函数重载的概念

简单来说，C++允许同一作用域中出现函数名相同，参数不同，功能相似的函数，而这些函数就构成函数重载。
void Swap(int* a, int* b)
{int temp = *a;*a = *b;*b = temp;
}void Swap(double* a, double* b)
{double temp = *a;*a = *b;*b = temp;
}
//这两个函数就构成函数重载
2.2函数重载的条件

第一要满足：函数名相同

第二要满足：参数不同，具体表现在参数类型的顺序、参数的个数、参数的类型。

参数的类型不同的函数重载
void Pt(int a)
{cout << a << endl;
}void Pt(double a)
{cout << a << endl;
}
//类型不同
参数的个数不同的函数重载
int Add(int a, int b, int c)
{return a + b + c;
}int Add(int a, int b)
{return a + b;
}
//个数不同
参数类型的顺序不同
void Func(int a, double b)
{cout << a << b << endl;
}void Func(double a, int  b)
{cout << a << b << endl;
}
//顺序不同
2.3为什么有函数重载？

就是问函数重载到底能干嘛？c语言不支持同一作用域存在同名函数，那么我们修改一下函数名不就行了吗？函数重载真正能体现价值的地方到底在哪呢？

第一：书写函数名方便。

比如，我们要写两个交换函数，第一个是交换两个整形，第二个是交换两个浮点型，那么你只需要都取Swap即可，不需要写成Swapi、Swapd，如果参数复杂呢？你又要写成什么呢？

到不如直接写成Swap，然后传不同的参数，编译器会自动匹配最符合的函数。

第二：类中构造函数的实现也依靠函数重载

构造函数是同名的成员函数，它一般被划分为：有参构造、无参构造、拷贝构造，它们构成函数重载。

第三：模板的底层实现也依靠函数重载

模板的其实就是让编译器就为你创建重载函数，比如Swap（const T& a,const T&b）

当你传两个整形给a和b时，编译器会自动生成Swap(int* a,int* b)，当你传两个浮点型double时，，编译器会自动生成Swap(double* a,double* b)。

以上等等C++中好用的机制都依靠于函数重载，函数重载在C++中的地位不言而喻。

2.4为什么C不支持函数重载，C++确能支持函数重载？

首先，我们需要了解函数名修饰规则

函数名修饰（Decorated Name）就是编译器在编译期间创建的一个字符串。用来指明函数的定义或原型。

在编译期间，C++会对函数名做一些处理，这种处理与函数参数有关，而C语言并不会，或者说C语言的函数名修饰规则与函数中参数无关。

我们都知道生成一个可执行文件，分以下步骤：预处理、编译、汇编、链接。

预处理：头文件展开、去注释、条件编译、宏替换（在linux平台下，去注释先于宏替换）

编译：先进行语法检查，然后将高级语言写的代码转化为汇编指令。

汇编：汇编来源于汇编语言中专业词汇，指将汇编指令转为二进制代码。

链接：并不是简单的将多文件合并，主要进行的是文件之间的交互。

以Swap.h、Swap.c、Test.c为例。

Swap.h主要在Swap.c和Test.c中展开。

Swap.c在编译之后，链接的时候，会生成一个符号表，符号表的主要作用是映射函数名和函数地址，简单来说就是存储函数名和对应的函数地址，然后Test.c就以调用的函数名去取符号表中的函数名对应的地址，完成Swap.c和Test.c的交互。

图解：

这下我们可以开始解释为什么C不支持函数重载，C++确能支持函数重载？

因为C语言的函数名修饰规则与函数参数无关，或者说没有修饰规则。

而C++在编译期间，会将函数名修饰一下，即将函数名与参数联系在一起。

图解：

这里我们用math.h、math.c、test.c来举例

Test.cpp调用函数Swap（int a,int b）编译之后，它的函数名会变成_ZSwapii。

同理调用函数Swap(int a,double b) 编译之后，它的函数名会变成_ZSwapid。

（以上的函数名变化参考至linux平台，具体函数名修饰规则不同平台不一样）

然后在链接的时候去符号表找函数的地址，再将函数的地址填在Test.cpp中调用的地方。

总之就是，我们不想改的函数名，编译器帮我们改了，这就是函数重载的底层原理。

这里同样可以解释为什么返回值不构成函数重载，因为c++的函数名修饰规则不考虑返回值，只将函数名与参数结合起来组成新的函数名。

而C语言就很老实，你写什么函数名，我是不会改的，如果在同一作用域存在同名函数，在编译期间会发生错误，因为语法不允许。

以下这个.c文件很好说明这一点

2.5 extern “C”

C++为了调用C语言写的库，增加了extern “C”这样的语法，以前C语言中extern的作用一般是声明外部符号，而这里extern的作用也差不多，都是其声明告知的作用。

extern “C”一般的用法有两种：

第一：添加在函数声明的前面

第二：extern “C”再用花括号将函数声明括起来。

其作用是告知编译器该函数用C语言去编译。

经过上面的函数名修饰规则，我们知道C语言编译的库是没有改函数名的，而C++调用时会修改函数名（把函数参数与函数名结合），当用C++直接C库，那个在链接时，一个修改过的函数名，去符号表里找没被修改过的函数，显然是找不到的，这时会产生链接错误。

举例：C语言编译含有int Add（int a,int b）的库时，C++调用这一库，如果没有加上extern “C”那么在链接的时候，C++会以_ZAddii去符号表找_ZAddii的地址，但是符号表只有Add，找不到，导致连接错误。

如果加上extern “C”那么C++会以C语言的方式去编译Add()，链接的时候，C++会以Add去符号表找Add的函数地址，此时自然能找到。

包含extern “C”自然就能够使C++调用C语言的库。

现在我们知道了：c能够调用c的库，c++能够调用c++的库，c++也能调用c的库（加上extern “C”），那么c语言能调用C++库吗？

答案是确定的，不过c语言调用c++的库不是那么容易，我们需要在C++的库中运用extern “C”，即用extern “C”将C++中的头文件中的函数声明括起来，然后生成c++的库，c语言再去调用这个生成的库，但c语言包含的c++的头文件中有extern “C”，c语言编译器识别不了，因此需要用到条件编译，将c语言包含c++头文件中的extern “C”去除。

具体模拟：

c++调用c静态库（VS2019）

第一步建库：

vs2019默认生成可执行程序，这里更改一下项目属性

将配置类型改为静态库

之后点击生成解决方案

打开所在文件上层目录的Debug可以看到成功生成Add_C.lib

再使用C++调用这个生成的静态库

新建测试的项目

包含Add.h，这里用的是相对路径。

之后再配置一下

接下来运行一下

链接失败，因为c代码的函数名编译时不会与参数结合，而c++代码编译时会将函数名与参数结合，导致链接的时候找不到。

用extern “C”包含Add.h即可，意思是告诉C++编译器，编译时用C的方式解析改函数，即使用C的函数修饰规则。

c调用c++静态库（VS2019）

这里演示就快点了

把.c改为.cpp

由于c项目中要包含Add.h

其中的extern “C”编译器是不认识的

因此要保证Add.h头文件中extern “C”在c++的静态库存在，在c项目包含该头文件时不存在。

可以用条件编译（__cplusplus是c++特定的标识符，c没有）

因此改为：

然后C去调用这个C++的静态库

总结：

c++调用c库较容易，只需要在c++中使用extren “C”即可

而c调用c++库，确需要改c++库，如果有现成的c++库，确需要找到头文件加上extren “C”，改动源码，改变之后C++还能再调用这个C++库吗？显然不行了。

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