第8章 C++函數(shù)的高級特性
對比于C語言的函數(shù)，C++增加了重載（overloaded）、內(nèi)聯(lián)（inline）、const和virtual四種新機(jī)制。其中重載和內(nèi)聯(lián)機(jī)制既可用于全局函數(shù)也可用于類的成員函數(shù)，const與virtual機(jī)制僅用于類的成員函數(shù)。
重載和內(nèi)聯(lián)肯定有其好處才會(huì)被C++語言采納，但是不可以當(dāng)成免費(fèi)的午餐而濫用。本章將探究重載和內(nèi)聯(lián)的優(yōu)點(diǎn)與局限性，說明什么情況下應(yīng)該采用、不該采用以及要警惕錯(cuò)用。
8.1 函數(shù)重載的概念
8.1.1 重載的起源
自然語言中，一個(gè)詞可以有許多不同的含義，即該詞被重載了。人們可以通過上下文來判斷該詞到底是哪種含義?！霸~的重載”可以使語言更加簡練。例如“吃飯”的含義十分廣泛，人們沒有必要每次非得說清楚具體吃什么不可。別迂腐得象孔已己，說茴香豆的茴字有四種寫法。
在C++程序中，可以將語義、功能相似的幾個(gè)函數(shù)用同一個(gè)名字表示，即函數(shù)重載。這樣便于記憶，提高了函數(shù)的易用性，這是C++語言采用重載機(jī)制的一個(gè)理由。例如示例8-1-1中的函數(shù)EatBeef,EatFish,EatChicken可以用同一個(gè)函數(shù)名Eat表示，用不同類型的參數(shù)加以區(qū)別。
void EatBeef(…); // 可以改為 void Eat(Beef …);
void EatFish(…); // 可以改為 void Eat(Fish …);
void EatChicken(…); // 可以改為 void Eat(Chicken …);
示例8-1-1 重載函數(shù)Eat
C++語言采用重載機(jī)制的另一個(gè)理由是：類的構(gòu)造函數(shù)需要重載機(jī)制。因?yàn)镃++規(guī)定構(gòu)造函數(shù)與類同名（請參見第9章），構(gòu)造函數(shù)只能有一個(gè)名字。如果想用幾種不同的方法創(chuàng)建對象該怎么辦？別無選擇，只能用重載機(jī)制來實(shí)現(xiàn)。所以類可以有多個(gè)同名的構(gòu)造函數(shù)。
8.1.2 重載是如何實(shí)現(xiàn)的？
幾個(gè)同名的重載函數(shù)仍然是不同的函數(shù)，它們是如何區(qū)分的呢？我們自然想到函數(shù)接口的兩個(gè)要素：參數(shù)與返回值。
如果同名函數(shù)的參數(shù)不同（包括類型、順序不同），那么容易區(qū)別出它們是不同的函數(shù)。
如果同名函數(shù)僅僅是返回值類型不同，有時(shí)可以區(qū)分，有時(shí)卻不能。例如：
void Function(void);
int Function (void);
上述兩個(gè)函數(shù)，第一個(gè)沒有返回值，第二個(gè)的返回值是int類型。如果這樣調(diào)用函數(shù)：
int x = Function ();
則可以判斷出Function是第二個(gè)函數(shù)。問題是在C++/C程序中，我們可以忽略函數(shù)的返回值。在這種情況下，編譯器和程序員都不知道哪個(gè)Function函數(shù)被調(diào)用。
所以只能靠參數(shù)而不能靠返回值類型的不同來區(qū)分重載函數(shù)。編譯器根據(jù)參數(shù)為每個(gè)重載函數(shù)產(chǎn)生不同的內(nèi)部標(biāo)識符。例如編譯器為示例8-1-1中的三個(gè)Eat函數(shù)產(chǎn)生象_eat_beef、_eat_fish、_eat_chicken之類的內(nèi)部標(biāo)識符（不同的編譯器可能產(chǎn)生不同風(fēng)格的內(nèi)部標(biāo)識符）。
如果C++程序要調(diào)用已經(jīng)被編譯后的C函數(shù)，該怎么辦？
假設(shè)某個(gè)C函數(shù)的聲明如下：
void foo(int x, int y);
該函數(shù)被C編譯器編譯后在庫中的名字為_foo，而C++編譯器則會(huì)產(chǎn)生像_foo_int_int之類的名字用來支持函數(shù)重載和類型安全連接。由于編譯后的名字不同，C++程序不能直接調(diào)用C函數(shù)。C++提供了一個(gè)C連接交換指定符號extern“C”來解決這個(gè)問題。例如：
extern “C”
{
void foo(int x, int y);
… // 其它函數(shù)
}
或者寫成
extern “C”
{
#include “myheader.h”
… // 其它C頭文件
}
這就告訴C++編譯譯器，函數(shù)foo是個(gè)C連接，應(yīng)該到庫中找名字_foo而不是找_foo_int_int。C++編譯器開發(fā)商已經(jīng)對C標(biāo)準(zhǔn)庫的頭文件作了extern“C”處理，所以我們可以用＃include 直接引用這些頭文件。
注意并不是兩個(gè)函數(shù)的名字相同就能構(gòu)成重載。全局函數(shù)和類的成員函數(shù)同名不算重載，因?yàn)楹瘮?shù)的作用域不同。例如：
void Print(…); // 全局函數(shù)
class A
{…
void Print(…); // 成員函數(shù)
}
不論兩個(gè)Print函數(shù)的參數(shù)是否不同，如果類的某個(gè)成員函數(shù)要調(diào)用全局函數(shù)Print，為了與成員函數(shù)Print區(qū)別，全局函數(shù)被調(diào)用時(shí)應(yīng)加‘::’標(biāo)志。如
::Print(…); // 表示Print是全局函數(shù)而非成員函數(shù)
8.1.3 當(dāng)心隱式類型轉(zhuǎn)換導(dǎo)致重載函數(shù)產(chǎn)生二義性
示例8-1-3中，第一個(gè)output函數(shù)的參數(shù)是int類型，第二個(gè)output函數(shù)的參數(shù)是float類型。由于數(shù)字本身沒有類型，將數(shù)字當(dāng)作參數(shù)時(shí)將自動(dòng)進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換（稱為隱式類型轉(zhuǎn)換）。語句output(0.5)將產(chǎn)生編譯錯(cuò)誤，因?yàn)榫幾g器不知道該將0.5轉(zhuǎn)換成int還是float類型的參數(shù)。隱式類型轉(zhuǎn)換在很多地方可以簡化程序的書寫，但是也可能留下隱患。
# include 〈iostream.h〉
void output( int x); // 函數(shù)聲明
void output( float x); // 函數(shù)聲明
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?yàn)樽詣?dòng)類型轉(zhuǎn)換
output(int(0.5)); // output int 0
output(float(0.5)); // output float 0.5
}
示例8-1-3 隱式類型轉(zhuǎn)換導(dǎo)致重載函數(shù)產(chǎn)生二義性
8.2 成員函數(shù)的重載、覆蓋與隱藏
成員函數(shù)的重載、覆蓋（override）與隱藏很容易混淆，C++程序員必須要搞清楚概念，否則錯(cuò)誤將防不勝防。
8.2.1 重載與覆蓋
成員函數(shù)被重載的特征：
（1）相同的范圍（在同一個(gè)類中）；
（2）函數(shù)名字相同；
（3）參數(shù)不同；
（4）virtual關(guān)鍵字可有可無。
覆蓋是指派生類函數(shù)覆蓋基類函數(shù)，特征是：
（1）不同的范圍（分別位于派生類與基類）；
（2）函數(shù)名字相同；
（3）參數(shù)相同；
（4）基類函數(shù)必須有virtual關(guān)鍵字。
示例8-2-1中，函數(shù)Base::f(int)與Base::f(float)相互重載，而Base::g(void)被Derived::g(void)覆蓋。
#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成員函數(shù)的重載和覆蓋
8.2.2 令人迷惑的隱藏規(guī)則
本來僅僅區(qū)別重載與覆蓋并不算困難，但是C++的隱藏規(guī)則使問題復(fù)雜性陡然增加。這里“隱藏”是指派生類的函數(shù)屏蔽了與其同名的基類函數(shù)，規(guī)則如下：
（1）如果派生類的函數(shù)與基類的函數(shù)同名，但是參數(shù)不同。此時(shí)，不論有無virtual關(guān)鍵字，基類的函數(shù)將被隱藏（注意別與重載混淆）。
（2）如果派生類的函數(shù)與基類的函數(shù)同名，并且參數(shù)也相同，但是基類函數(shù)沒有virtual關(guān)鍵字。此時(shí)，基類的函數(shù)被隱藏（注意別與覆蓋混淆）。
示例程序8-2-2（a）中：
（1）函數(shù)Derived::f(float)覆蓋了Base::f(float)。
（2）函數(shù)Derived::g(int)隱藏了Base::g(float)，而不是重載。
（3）函數(shù)Derived::h(float)隱藏了Base::h(float)，而不是覆蓋。
#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8-2-2（a）成員函數(shù)的重載、覆蓋和隱藏
據(jù)作者考察，很多C++程序員沒有意識到有“隱藏”這回事。由于認(rèn)識不夠深刻，“隱藏”的發(fā)生可謂神出鬼沒，常常產(chǎn)生令人迷惑的結(jié)果。
示例8-2-2（b）中，bp和dp指向同一地址，按理說運(yùn)行結(jié)果應(yīng)該是相同的，可事實(shí)并非這樣。
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!)
對比于C語言的函數(shù)，C++增加了重載（overloaded）、內(nèi)聯(lián)（inline）、const和virtual四種新機(jī)制。其中重載和內(nèi)聯(lián)機(jī)制既可用于全局函數(shù)也可用于類的成員函數(shù)，const與virtual機(jī)制僅用于類的成員函數(shù)。
重載和內(nèi)聯(lián)肯定有其好處才會(huì)被C++語言采納，但是不可以當(dāng)成免費(fèi)的午餐而濫用。本章將探究重載和內(nèi)聯(lián)的優(yōu)點(diǎn)與局限性，說明什么情況下應(yīng)該采用、不該采用以及要警惕錯(cuò)用。
8.1 函數(shù)重載的概念
8.1.1 重載的起源
自然語言中，一個(gè)詞可以有許多不同的含義，即該詞被重載了。人們可以通過上下文來判斷該詞到底是哪種含義?！霸~的重載”可以使語言更加簡練。例如“吃飯”的含義十分廣泛，人們沒有必要每次非得說清楚具體吃什么不可。別迂腐得象孔已己，說茴香豆的茴字有四種寫法。
在C++程序中，可以將語義、功能相似的幾個(gè)函數(shù)用同一個(gè)名字表示，即函數(shù)重載。這樣便于記憶，提高了函數(shù)的易用性，這是C++語言采用重載機(jī)制的一個(gè)理由。例如示例8-1-1中的函數(shù)EatBeef,EatFish,EatChicken可以用同一個(gè)函數(shù)名Eat表示，用不同類型的參數(shù)加以區(qū)別。
void EatBeef(…); // 可以改為 void Eat(Beef …);
void EatFish(…); // 可以改為 void Eat(Fish …);
void EatChicken(…); // 可以改為 void Eat(Chicken …);
示例8-1-1 重載函數(shù)Eat
C++語言采用重載機(jī)制的另一個(gè)理由是：類的構(gòu)造函數(shù)需要重載機(jī)制。因?yàn)镃++規(guī)定構(gòu)造函數(shù)與類同名（請參見第9章），構(gòu)造函數(shù)只能有一個(gè)名字。如果想用幾種不同的方法創(chuàng)建對象該怎么辦？別無選擇，只能用重載機(jī)制來實(shí)現(xiàn)。所以類可以有多個(gè)同名的構(gòu)造函數(shù)。
8.1.2 重載是如何實(shí)現(xiàn)的？
幾個(gè)同名的重載函數(shù)仍然是不同的函數(shù)，它們是如何區(qū)分的呢？我們自然想到函數(shù)接口的兩個(gè)要素：參數(shù)與返回值。
如果同名函數(shù)的參數(shù)不同（包括類型、順序不同），那么容易區(qū)別出它們是不同的函數(shù)。
如果同名函數(shù)僅僅是返回值類型不同，有時(shí)可以區(qū)分，有時(shí)卻不能。例如：
void Function(void);
int Function (void);
上述兩個(gè)函數(shù)，第一個(gè)沒有返回值，第二個(gè)的返回值是int類型。如果這樣調(diào)用函數(shù)：
int x = Function ();
則可以判斷出Function是第二個(gè)函數(shù)。問題是在C++/C程序中，我們可以忽略函數(shù)的返回值。在這種情況下，編譯器和程序員都不知道哪個(gè)Function函數(shù)被調(diào)用。
所以只能靠參數(shù)而不能靠返回值類型的不同來區(qū)分重載函數(shù)。編譯器根據(jù)參數(shù)為每個(gè)重載函數(shù)產(chǎn)生不同的內(nèi)部標(biāo)識符。例如編譯器為示例8-1-1中的三個(gè)Eat函數(shù)產(chǎn)生象_eat_beef、_eat_fish、_eat_chicken之類的內(nèi)部標(biāo)識符（不同的編譯器可能產(chǎn)生不同風(fēng)格的內(nèi)部標(biāo)識符）。
如果C++程序要調(diào)用已經(jīng)被編譯后的C函數(shù)，該怎么辦？
假設(shè)某個(gè)C函數(shù)的聲明如下：
void foo(int x, int y);
該函數(shù)被C編譯器編譯后在庫中的名字為_foo，而C++編譯器則會(huì)產(chǎn)生像_foo_int_int之類的名字用來支持函數(shù)重載和類型安全連接。由于編譯后的名字不同，C++程序不能直接調(diào)用C函數(shù)。C++提供了一個(gè)C連接交換指定符號extern“C”來解決這個(gè)問題。例如：
extern “C”
{
void foo(int x, int y);
… // 其它函數(shù)
}
或者寫成
extern “C”
{
#include “myheader.h”
… // 其它C頭文件
}
這就告訴C++編譯譯器，函數(shù)foo是個(gè)C連接，應(yīng)該到庫中找名字_foo而不是找_foo_int_int。C++編譯器開發(fā)商已經(jīng)對C標(biāo)準(zhǔn)庫的頭文件作了extern“C”處理，所以我們可以用＃include 直接引用這些頭文件。
注意并不是兩個(gè)函數(shù)的名字相同就能構(gòu)成重載。全局函數(shù)和類的成員函數(shù)同名不算重載，因?yàn)楹瘮?shù)的作用域不同。例如：
void Print(…); // 全局函數(shù)
class A
{…
void Print(…); // 成員函數(shù)
}
不論兩個(gè)Print函數(shù)的參數(shù)是否不同，如果類的某個(gè)成員函數(shù)要調(diào)用全局函數(shù)Print，為了與成員函數(shù)Print區(qū)別，全局函數(shù)被調(diào)用時(shí)應(yīng)加‘::’標(biāo)志。如
::Print(…); // 表示Print是全局函數(shù)而非成員函數(shù)
8.1.3 當(dāng)心隱式類型轉(zhuǎn)換導(dǎo)致重載函數(shù)產(chǎn)生二義性
示例8-1-3中，第一個(gè)output函數(shù)的參數(shù)是int類型，第二個(gè)output函數(shù)的參數(shù)是float類型。由于數(shù)字本身沒有類型，將數(shù)字當(dāng)作參數(shù)時(shí)將自動(dòng)進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換（稱為隱式類型轉(zhuǎn)換）。語句output(0.5)將產(chǎn)生編譯錯(cuò)誤，因?yàn)榫幾g器不知道該將0.5轉(zhuǎn)換成int還是float類型的參數(shù)。隱式類型轉(zhuǎn)換在很多地方可以簡化程序的書寫，但是也可能留下隱患。
# include 〈iostream.h〉
void output( int x); // 函數(shù)聲明
void output( float x); // 函數(shù)聲明
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?yàn)樽詣?dòng)類型轉(zhuǎn)換
output(int(0.5)); // output int 0
output(float(0.5)); // output float 0.5
}
示例8-1-3 隱式類型轉(zhuǎn)換導(dǎo)致重載函數(shù)產(chǎn)生二義性
8.2 成員函數(shù)的重載、覆蓋與隱藏
成員函數(shù)的重載、覆蓋（override）與隱藏很容易混淆，C++程序員必須要搞清楚概念，否則錯(cuò)誤將防不勝防。
8.2.1 重載與覆蓋
成員函數(shù)被重載的特征：
（1）相同的范圍（在同一個(gè)類中）；
（2）函數(shù)名字相同；
（3）參數(shù)不同；
（4）virtual關(guān)鍵字可有可無。
覆蓋是指派生類函數(shù)覆蓋基類函數(shù)，特征是：
（1）不同的范圍（分別位于派生類與基類）；
（2）函數(shù)名字相同；
（3）參數(shù)相同；
（4）基類函數(shù)必須有virtual關(guān)鍵字。
示例8-2-1中，函數(shù)Base::f(int)與Base::f(float)相互重載，而Base::g(void)被Derived::g(void)覆蓋。
#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成員函數(shù)的重載和覆蓋
8.2.2 令人迷惑的隱藏規(guī)則
本來僅僅區(qū)別重載與覆蓋并不算困難，但是C++的隱藏規(guī)則使問題復(fù)雜性陡然增加。這里“隱藏”是指派生類的函數(shù)屏蔽了與其同名的基類函數(shù)，規(guī)則如下：
（1）如果派生類的函數(shù)與基類的函數(shù)同名，但是參數(shù)不同。此時(shí)，不論有無virtual關(guān)鍵字，基類的函數(shù)將被隱藏（注意別與重載混淆）。
（2）如果派生類的函數(shù)與基類的函數(shù)同名，并且參數(shù)也相同，但是基類函數(shù)沒有virtual關(guān)鍵字。此時(shí)，基類的函數(shù)被隱藏（注意別與覆蓋混淆）。
示例程序8-2-2（a）中：
（1）函數(shù)Derived::f(float)覆蓋了Base::f(float)。
（2）函數(shù)Derived::g(int)隱藏了Base::g(float)，而不是重載。
（3）函數(shù)Derived::h(float)隱藏了Base::h(float)，而不是覆蓋。
#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8-2-2（a）成員函數(shù)的重載、覆蓋和隱藏
據(jù)作者考察，很多C++程序員沒有意識到有“隱藏”這回事。由于認(rèn)識不夠深刻，“隱藏”的發(fā)生可謂神出鬼沒，常常產(chǎn)生令人迷惑的結(jié)果。
示例8-2-2（b）中，bp和dp指向同一地址，按理說運(yùn)行結(jié)果應(yīng)該是相同的，可事實(shí)并非這樣。
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!)