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 C++/C编程规范(8.1-8.3)----林  锐2007-04-10 21:17:00

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8 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)、constvirtual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,constvirtual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。

    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_beef_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_fooC++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externC”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_int_intC++编译器开发商已经对C标准库的头文件作了externC”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float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;

4virtual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)Base::f(float)相互重载,而Base::g(void)Derived::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8-2-2a)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8-2-2a)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8-2-2b)中,bpdp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8-2-2b) 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Base::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:

u       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。

u       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:

l         【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。

 

l         【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

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