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C++函数重载与引用详解

ai 2025/8/23 11:26:23

一、函数重载：同名函数的 “差异化生存”

1. 概念定义

函数重载（Function Overloading）是 C++ 的重要特性，指在同一作用域内，允许存在多个同名函数，但要求这些函数的参数列表必须不同。

（参数个数、参数类型、参数顺序至少有一项不同）非常重要！！。

编译器会根据调用时传入的实参，自动匹配到对应的函数，实现 “一个函数名，多种功能” 的效果。

2. 典型案例分析

案例 1：参数个数不同的重载

#include <iostream>
using namespace std;// 无参数版本
void print() {cout << "无参数调用" << endl;
}// 1个int参数版本
void print(int a) {cout << "int参数：" << a << endl;
}// 2个int参数版本
void print(int a, int b) {cout << "两个int参数：" << a << " " << b << endl;
}int main() {print();          // 匹配无参数版本print(10);        // 匹配1个int参数版本print(20, 30);    // 匹配2个int参数版本return 0;
}

输出结果：

无参数调用
int参数：10
两个int参数：20 30

案例 2：参数类型不同的重载

#include <iostream>
using namespace std;// int类型参数
int add(int a, int b) {return a + b;
}// double类型参数
double add(double a, double b) {return a + b;
}int main() {cout << "int加法：" << add(3, 5) << endl;       // 匹配int版本，输出8cout << "double加法：" << add(2.5, 4.5) << endl; // 匹配double版本，输出7.0return 0;
}

注意：仅返回值类型不同的函数，不能构成重载。例如int add(int a)和double add(int a)，编译器无法通过调用语句（如add(10)）区分，会报 “重定义” 错误。

案例 3：参数顺序不同的重载

#include <iostream>#include <string>using namespace std;// 先int后stringvoid showInfo(int age, string name) {cout << "年龄：" << age << "，姓名：" << name << endl;}// 先string后intvoid showInfo(string name, int age) {cout << "姓名：" << name << "，年龄：" << age << endl;}int main() {showInfo(20, "张三"); // 匹配先int后string版本showInfo("李四", 22); // 匹配先string后int版本return 0;}

输出结果：

年龄：20，姓名：张三姓名：李四，年龄：22

案例 4：多文件分离（声明与定义分离）

实际项目中，函数重载常涉及多文件拆分，需注意 “声明与定义的一致性”。

#ifndef FUNC_H
#define FUNC_H  // 防止头文件重复包含// 声明3个重载函数
void calculate(int a);
void calculate(double a);
void calculate(int a, double b);#endif

#include "func.h"
#include <iostream>
using namespace std;void calculate(int a) {cout << "int参数计算：" << a * 2 << endl;
}void calculate(double a) {cout << "double参数计算：" << a * 3 << endl;
}void calculate(int a, double b) {cout << "int+double参数计算：" << a + b << endl;
}

#include "func.h"
int main() {calculate(5);        // 匹配int版本，输出10calculate(3.5);      // 匹配double版本，输出10.5calculate(2, 4.8);   // 匹配int+double版本，输出6.8return 0;
}

编译运行：需将三个文件一起编译（如g++ main.cpp func.cpp -o test），确保声明的重载函数在定义文件中都有对应的实现，否则会报 “未定义引用” 错误。

3. 原理：为什么 C++ 支持，C 语言不支持？

核心原因在于编译器对函数名的 “修饰规则” 不同：

C 语言：编译器会直接使用函数原名作为最终的 “符号名”（如函数add(int a, int b)，符号名就是add）。若存在同名函数，符号名重复，链接阶段会报错，因此 C 语言不支持函数重载。

C++ 语言：编译器会根据函数的参数列表对函数名进行 “修饰”（也称 “命名粉碎”，Name Mangling），生成唯一的符号名。例如：

add(int a, int b)可能被修饰为_Z3addii（3表示函数名长度，ii表示两个 int 参数）；

add(double a, double b)可能被修饰为_Z3adddd。

不同重载函数的修饰后符号名不同，编译器和链接器能准确识别，因此 C++ 支持函数重载。

4.引用：变量的 “别名” 与权限控制

1. 概念定义

引用（Reference）是 C++ 引入的新特性，本质是变量的别名，它与原变量共享同一块内存空间，对引用的操作等同于对原变量的操作。语法格式为：类型& 引用名 = 原变量;。

注意：引用必须在定义时初始化，且初始化后不能再指向其他变量（与指针的核心区别）。

2. 基础操作：定义与使用

#include <iostream>using namespace std;int main() {int a = 10;int& ref_a = a; // 定义引用ref_a，作为a的别名cout << "a的值：" << a << endl; // 输出10cout << "ref_a的值：" << ref_a << endl; // 输出10（与a共享内存）ref_a = 20; // 操作引用，等同于修改acout << "修改后a的值：" << a << endl; // 输出20cout << "a的地址：" << &a << endl; // 输出a的地址（如0x7ffeefbff4ac）cout << "ref_a的地址：" << &ref_a << endl; // 输出相同地址（证明共享内存）return 0;}

3. 权限控制：放大、缩小与平移

引用的权限遵循 “不能放大原变量的权限” 原则，否则编译器会报错；权限缩小或平移是允许的。以下是典型案例：

案例 1：权限平移（同权限引用）

原变量是普通变量，引用也为普通引用，权限一致，合法。

int a = 10;int& ref_a = a; // 合法：普通变量→普通引用，权限平移

案例 2：权限缩小（原变量权限 > 引用权限）

原变量是普通变量（可读可写），引用为const引用（只读），权限缩小，合法。

int a = 10;const int& ref_a = a; // 合法：普通变量→const引用，权限缩小ref_a = 20; // 错误：const引用只读，不能修改a = 20; // 正确：原变量是普通变量，可修改（修改后ref_a的值也会变）

案例 3：权限放大（原变量权限 < 引用权限）

原变量是const变量（只读），引用为普通引用（可读可写），权限放大，非法。

const int a = 10; // a是const变量，只读int& ref_a = a; // 错误：const变量→普通引用，权限放大，编译器报错

案例 4：临时变量的引用（易混淆点）

临时变量（如表达式结果、字面量）的权限是 “只读”，只能用const引用接收，否则会触发权限放大错误。

// 错误案例：临时变量→普通引用（权限放大）int& ref1 = 10; // 错误：10是临时变量，只读，普通引用无法接收int& ref2 = 3 + 5; // 错误：3+5的结果是临时变量，只读// 正确案例：临时变量→const引用（权限缩小）const int& ref3 = 10; // 合法：const引用可接收临时变量const int& ref4 = 3 + 5; // 合法：临时变量值为8，ref4指向该临时变量