详谈面向对象的重载——“函数重载”与“运算符重载”

2024-03-27 10:32

本文主要是介绍详谈面向对象的重载——“函数重载”与“运算符重载”,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

C++的函数重载

写在前面:
函数重载的重要性不言而明,但是你知道C++中函数重载是如何实现的呢(虽然本文谈的是C++中函数重载的实现,但我想其它语言也是类似的)?这个可以分解为下面两个问题
1、声明/定义重载函数时,是如何解决命名冲突的?(抛开函数重载不谈,using就是一种解决命名冲突的方法,解决命名冲突还有很多其它的方法,这里就不论述了)
2、当我们调用一个重载的函数时,又是如何去解析的?(即怎么知道调用的是哪个函数呢)
这两个问题是任何支持函数重载的语言都必须要解决的问题!带着这两个问题,我们开始本文的探讨。本文的主要内容如下:
1、例子引入(现象)
什么是函数重载(what)?
为什么需要函数重载(why)?
2、编译器如何解决命名冲突的?
函数重载为什么不考虑返回值类型
3、重载函数的调用匹配
模凌两可的情况
4、编译器是如何解析重载函数调用的?
根据函数名确定候选函数集
确定可用函数
确定最佳匹配函数
5、总结

1、例子引入(现象)

1.1、什么是函数重载(what)?
函数重载是指在同一作用域内,可以有一组具有相同函数名,不同参数列表的函数,这组函数被称为重载函数。重载函数通常用来命名一组功能相似的函数,这样做减少了函数名的数量,避免了名字空间的污染,对于程序的可读性有很大的好处。
When two or more different declarations are specified for a single name in the same scope,  that name is said to overloaded.  By extension, two declarations in the same scope that declare the same name but with different types are called overloaded declarations. Only function declarations can be overloaded; object and type declarations cannot be overloaded. ——摘自《ANSI C++ Standard. P290》
看下面的一个例子,来体会一下:实现一个打印函数,既可以打印int型、也可以打印字符串型。在C++中,我们可以这样做:
#include<iostream>
using namespace std;
void print(int i)
{cout<<"print a integer :"<<i<<endl;
}
void print(string str)
{cout<<"print a string :"<<str<<endl;
}
int main()
{print(12);print("hello world!");return 0;
}
通过上面代码的实现,可以根据具体的print()的参数去调用print(int)还是print(string)。上面print(12)会去调用print(int),print("hello world")会去调用print(string),如下面的结果:(先用g++ test.c编译,然后执行)

1.2、为什么需要函数重载(why)?
试想如果没有函数重载机制,如在C中,你必须要这样去做:为这个print函数取不同的名字,如print_int、print_string。这里还只是两个的情况,如果是很多个的话,就需要为实现同一个功能的函数取很多个名字,如加入打印long型、char*、各种类型的数组等等。这样做很不友好!
类的构造函数跟类名相同,也就是说:构造函数都同名。如果没有函数重载机制,要想实例化不同的对象,那是相当的麻烦!
操作符重载,本质上就是函数重载,它大大丰富了已有操作符的含义,方便使用,如+可用于连接字符串等!
通过上面的介绍我们对函数重载,应该唤醒了我们对函数重载的大概记忆。下面我们就来分析,C++是如何实现函数重载机制的。

2、编译器如何解决命名冲突的?

为了了解编译器是如何处理这些重载函数的,我们反编译下上面我们生成的执行文件,看下汇编代码(全文都是在Linux下面做的实验,Windows类似,你也可以参考《一道简单的题目引发的思考》一文,那里既用到Linux下面的反汇编和Windows下面的反汇编,并注明了Linux和Windows汇编语言的区别)。我们执行命令objdump -d a.out >log.txt反汇编并将结果重定向到log.txt文件中,然后分析log.txt文件。
发现函数void print(int i) 编译之后为:(注意它的函数签名变为——_Z5printi)
image

发现函数void print(string str) 编译之后为:(注意它的函数签名变为——_Z5printSs)
image
我们可以发现编译之后,重载函数的名字变了不再都是print!这样不存在命名冲突的问题了,但又有新的问题了——变名机制是怎样的,即如何将一个重载函数的签名映射到一个新的标识?我的第一反应是:函数名+参数列表,因为函数重载取决于参数的类型、个数,而跟返回类型无关。但看下面的映射关系:
void print(int i)                    -->         _Z5printi 
void print(string str)         -->         _Z5printSs
进一步猜想,前面的Z5表示返回值类型,print函数名,i表示整型int,Ss表示字符串string,即映射为返回类型+函数名+参数列表。最后在main函数中就是通过_Z5printi、_Z5printSs来调用对应的函数的:
80489bc:       e8 73 ff ff ff          call   8048934 <_Z5printi> 
…………… 
80489f0:       e8 7a ff ff ff          call   804896f <_Z5printSs>
我们再写几个重载函数来验证一下猜想,如:
void print(long l)           -->           _Z5printl 
void print(char str)        -->           _Z5printc 
可以发现大概是int->i,long->l,char->c,string->Ss….基本上都是用首字母代表,现在我们来现在一个函数的返回值类型是否真的对函数变名有影响,如:
#include<iostream>
using namespace std;
int max(int a,int b)
{return a>=b?a:b;
}
double max(double a,double b)
{return a>=b?a:b;
}
int main()
{cout<<"max int is: "<<max(1,3)<<endl;cout<<"max double is: "<<max(1.2,1.3)<<endl;return 0;
}
int max(int a,int b) 映射为_Z3maxii、double max(double a,double b) 映射为_Z3maxdd,这证实了我的猜想,Z后面的数字代码各种返回类型。更加详细的对应关系,如那个数字对应那个返回类型,哪个字符代表哪重参数类型,就不去具体研究了,因为这个东西跟编译器有关,上面的研究都是基于g++编译器,如果用的是vs编译器的话,对应关系跟这个肯定不一样。但是规则是一样的:“返回类型+函数名+参数列表”。
既然返回类型也考虑到映射机制中,这样不同的返回类型映射之后的函数名肯定不一样了,但为什么不将函数返回类型考虑到函数重载中呢?——这是为了保持解析操作符或函数调用时,独立于上下文(不依赖于上下文),看下面的例子
float sqrt(float);
double sqrt(double);
void f(double da, float fla)
{float fl=sqrt(da);//调用sqrt(double)double d=sqrt(da);//调用sqrt(double)fl=sqrt(fla);//调用sqrt(float)d=sqrt(fla);//调用sqrt(float)
}
如果返回类型考虑到函数重载中,这样将不可能再独立于上下文决定调用哪个函数。
至此似乎已经完全分析清楚了,但我们还漏了函数重载的重要限定——作用域。上面我们介绍的函数重载都是全局函数,下面我们来看一下一个类中的函数重载,用类的对象调用print函数,并根据实参调用不同的函数:
#include<iostream>
using namespace std;
class test{
public:void print(int i){cout<<"int"<<endl;}void print(char c){cout<<"char"<<endl;}
};
int main()
{test t;t.print(1);t.print('a');return 0;
}
我们现在再来看一下这时print函数映射之后的函数名:
void print(int i)                    -->            _ZN4test5printEi
void print(char c)                -->            _ZN4test5printEc
注意前面的N4test,我们可以很容易猜到应该表示作用域,N4可能为命名空间、test类名等等。这说明最准确的映射机制为:作用域+返回类型+函数名+参数列表

3、重载函数的调用匹配

现在已经解决了重载函数命名冲突的问题,在定义完重载函数之后,用函数名调用的时候是如何去解析的?为了估计哪个重载函数最适合,需要依次按照下列规则来判断:

精确匹配:参数匹配而不做转换,或者只是做微不足道的转换,如数组名到指针、函数名到指向函数的指针、T到const T;
提升匹配:即整数提升(如bool 到 int、char到int、short 到int

这篇关于详谈面向对象的重载——“函数重载”与“运算符重载”的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/851806

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