c++-函数增强

一、编译器对函数名的处理

1. C与C++的差异

• C编译器：保留原始函数名，无额外处理。例如：

  int add(int a, int b) { return a + b; }

  在汇编代码中仍为add。

• C++编译器：通过name mangling（名称修饰）生成唯一函数标识，格式为_Z[函数名长度][函数名][参数类型缩写]。例如：

  int add(int, int) → _Z3addii
  float add(float, float) → _Z3addff

  作用：支持函数重载，确保链接时能区分同名不同参的函数。

2. 扩展：编译器实现差异

• GCC/Clang：遵循Itanium C++ ABI规范，使用上述修饰规则。

• MSVC：采用不同修饰规则，例如：

  int add(int, int) → ?add@@YAHHH@Z

• 查看修饰名：可通过nm命令或objdump工具查看目标文件中的符号表。

---

二、函数重载

1. 核心规则

• 定义：同一作用域内，函数名相同但参数列表不同（参数类型、数量或顺序不同）。

• 返回值类型不同不构成重载条件：

  int add(int a, int b); // 合法
  double add(int a, int b); // 编译错误

2. 本质与实现

• 通过name mangling生成唯一符号，链接时正确绑定调用目标。

• 限制：C语言不支持函数重载，因无name mangling机制。

3. 扩展：重载解析优先级

编译器按以下顺序匹配最佳函数：

1. 精确匹配：参数类型完全一致。

2. 类型提升：如char→int。

3. 标准转换：如int→double。

4. 用户定义转换：如类构造函数或转换运算符。

---

三、默认参数

1. 规则详解

• 声明位置：默认参数只能在函数声明中指定，定义中不可重复：

  int add(int a, int b, int c = 100); // 声明
  int add(int a, int b, int c) { return a + b + c; } // 定义

  错误示例：

  int add(int a, int b, int c = 100) { ... } // 编译错误

• 参数顺序：默认参数必须从右向左连续设置：

  void func(int a, int b = 10, int c = 20); // 正确
  void func(int a = 5, int b, int c); // 错误：c未设置默认值

2. 扩展：默认参数与函数重载的交互

• 默认参数可能导致函数重载的二义性：

  void print(int a, int b = 0);
  void print(int a);
  print(10); // 错误：编译器无法确定调用哪个版本

---

四、内联函数

1. 核心机制

• 作用：消除函数调用开销，将函数体直接插入调用位置。

• 使用方式：

  • 关键字inline：向编译器建议内联（非强制）。

  • GCC扩展属性：__attribute__((always_inline))强制内联（仍需编译器支持）：

    inline __attribute__((always_inline)) int add(int a, int b) {
        return a + b;
    }

2. 适用场景与限制

• 适用：短小、频繁调用的函数（如简单数学运算）。

• 不适用：递归函数、包含循环或复杂逻辑的大函数。

• 注意事项：

  • 过度内联可能导致代码膨胀，影响缓存局部性。

  • 编译器可能忽略内联建议（如优化级别为-O0时）。

3. 扩展：内联函数 vs 宏函数

特性	内联函数	宏函数（#define）
类型安全	是（编译器检查类型）	否（文本替换，可能出错）
调试支持	支持（有符号信息）	不支持（预处理器阶段替换）
作用域	遵守作用域规则	全局替换，可能污染命名空间
参数求值	参数仅求值一次	可能多次求值（如MAX(a++, b)）

---

五、高级扩展：C++11后的相关特性

1. constexpr函数

• 隐式内联：C++11起，constexpr函数默认具有内联属性，支持编译期计算：

  constexpr int add(int a, int b) {
      return a + b;
  }

2. 内联变量（C++17）

• 允许在头文件中定义内联变量，避免多重定义错误：

  inline int global = 42; // 允许多次包含该头文件

---

总结

1. 函数重载依赖C++的name mangling机制，通过参数列表区分同名函数。

2. 默认参数需严格遵循声明顺序规则，避免二义性调用。

3. 内联函数是性能优化手段，需权衡代码体积与执行效率，优先替代宏函数以提高安全性。

4. 现代C++特性（如constexpr）进一步扩展了内联的应用场景，支持编译期计算。