高质量C++编程规范第八章.docx
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高质量C++编程规范第八章
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virtual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。
voidEatBeef(…);//可以改为voidEat(Beef…);
voidEatFish(…);//可以改为voidEat(Fish…);
voidEatChicken(…);//可以改为voidEat(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:
voidFunction(void);
intFunction(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:
intx=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:
voidfoo(intx,inty);
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”
{
voidfoo(intx,inty);
…//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_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:
voidPrint(…);//全局函数
classA
{…
voidPrint(…);//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
voidoutput(intx);//函数声明
voidoutput(floatx);//函数声明
voidoutput(intx)
{
cout<<"outputint"< } voidoutput(floatx) { cout<<"outputfloat"< } voidmain(void) { intx=1; floaty=1.0; output(x);//outputint1 output(y);//outputfloat1 output (1);//outputint1 //output(0.5);//error! ambiguouscall,因为自动类型转换 output(int(0.5));//outputint0 output(float(0.5));//outputfloat0.5 } 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Derived: : g(void)覆盖。 #include classBase { public: voidf(intx){cout<<"Base: : f(int)"< voidf(floatx){cout<<"Base: : f(float)"< virtualvoidg(void){cout<<"Base: : g(void)"< }; classDerived: publicBase { public: virtualvoidg(void){cout<<"Derived: : g(void)"< }; voidmain(void) { Derivedd; 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 classBase { public: virtualvoidf(floatx){cout<<"Base: : f(float)"< voidg(floatx){cout<<"Base: : g(float)"< voidh(floatx){cout<<"Base: : h(float)"< }; classDerived: publicBase { public: virtualvoidf(floatx){cout<<"Derived: : f(float)"< voidg(intx){cout<<"Derived: : g(int)"< voidh(floatx){cout<<"Derived: : h(float)"< }; 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。 voidmain(void) { Derivedd; Base*pb=&d; Derived*pd=&d; //Good: behaviordependssolelyontypeoftheobject pb->f(3.14f);//Derived: : f(float)3.14 pd->f(3.14f);//Derived: : f(float)3.14 //Bad: behaviordependsontypeofthepointer pb->g(3.14f);//Base: : g(float)3.14 pd->g(3.14f);//Derived: : g(int)3(surprise! ) //Bad: behaviordependsontypeofthepointer 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。 classBase { public: voidf(intx); }; classDerived: publicBase { public: voidf(char*str); }; voidTest(void) { Derived*pd=newDerived; 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。 classDerived: publicBase { public: voidf(char*str); voidf(intx){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: voidFoo(intx=0,inty=0);//正确,缺省值出现在函数的声明中 voidFoo(intx=0,inty=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: voidFoo(intx,inty=0,intz=0); 错误的示例如下: voidFoo(intx=0,inty,intz=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 voidoutput(intx); voidoutput(intx,floaty=0.0); voidoutput(intx) { cout<<"outputint"< } voidoutput(intx,floaty) { cout<<"outputint"< } voidmain(void) { intx=1; floaty=0.5; //output(x);//error! ambiguouscall output(x,y);//outputint1andfloat0.5 } 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: ComplexAdd(constComplex&a,constComplex&b); 可以用运算符重载来表示: Complexoperator+(constComplex&a,constComplex&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 Complexa,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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