3.2函数进阶：默认参数与重载

函数进阶：默认参数与重载——打造灵活的函数工具箱

一、函数重载：编程界的"变形金刚"

1. 重载规则与最佳实践

// 有效重载：参数类型不同
void print(int num) { /*...*/ }
void print(double num) { /*...*/ }
​
// 有效重载：参数个数不同
void log(const string& msg) { /*...*/ }
void log(const string& msg, int severity) { /*...*/ }
​
// 无效重载：仅返回类型不同
// int parse(const string&); 
// double parse(const string&); // 编译错误
​
// 现代C++重载（结合constexpr）
constexpr int power(int base, int exp) { /*...*/ }
constexpr double power(double base, int exp) { /*...*/ }

重载合法性对照表：

差异点	是否合法	示例
参数类型	✔	void f(int); void f(double)
参数数量	✔	void g(); void g(int)
参数顺序	✔	void h(int, double); void h(double, int)
返回类型	✖	int k(); double k()
const限定符	✔	void m(const Data&); void m(Data&)

2. 现代重载技巧

// C++20概念约束重载
template<typename T>
requires integral<T>
void process(T num) { /* 处理整数 */ }
​
template<typename T>
requires floating_point<T>
void process(T num) { /* 处理浮点 */ }
​
// SFINAE技术（C++11）
template<typename T>
auto serialize(T t) -> enable_if_t<is_integral_v<T>> { /*...*/ }
​
template<typename T>
auto serialize(T t) -> enable_if_t<is_floating_point_v<T>> { /*...*/ }

二、默认参数：智能参数配置器

1. 设置规则与陷阱规避

// 正确设置：从右向左
void connect(string ip, int port=3306, int timeout=5000);
​
// 错误示例：中间参数有默认值
// void config(int a=0, int b, int c=10); // 编译错误
​
// 类成员函数示例
class Logger {
public:
    // 头文件中声明默认参数
    void log(const string& msg, bool timestamp = true);
};
​
// 源文件中定义时不重复默认参数
void Logger::log(const string& msg, bool timestamp) { /*...*/ }

默认参数三原则：

0. 右向连续原则：默认参数必须从右向左连续设置
1. 单一定义原则：同一作用域内不能重复指定默认值
2. 头文件原则：默认参数应在头文件声明处指定

2. 默认参数与重载的抉择

// 方案A：使用默认参数
void draw(int x, int y, Color c=Color::Black);
​
// 方案B：使用重载
void draw(int x, int y) { draw(x, y, Color::Black); }
void draw(int x, int y, Color c);
​
// 决策指南：
// - 简单可选参数 → 默认参数
// - 参数逻辑差异大 → 函数重载

三、内联函数 vs 宏定义

1. 本质差异对比

// 宏定义示例
#define SQUARE(x) ((x) * (x))
​
// 内联函数示例
inline int square(int x) { return x * x; }
​
// 现代替代方案（C++17）
constexpr int constexpr_square(int x) { return x * x; }

特性对比表：

特性	宏定义	内联函数
处理阶段	预处理期替换	编译期处理
类型检查	无	有
调试支持	不可调试	支持调试
副作用防护	容易出错	安全
适用范围	简单代码片段	复杂逻辑
现代替代方案	constexpr/模板	-

2. 现代替代方案

// 使用constexpr替代宏常量
constexpr double PI = 3.1415926;  // 替代 #define PI 3.1415926
​
// 使用模板替代类型相关宏
template<typename T>
T max(T a, T b) { return (a > b) ? a : b; }  // 替代 #define MAX(a,b) ((a)>(b)?(a):(b))
​
// 使用consteval强制编译期计算（C++20）
consteval int compile_time_square(int x) { return x*x; }

四、常见问题诊疗室

Q：默认参数和函数重载哪个更好？ A：根据场景选择：

• 参数可选性简单 → 默认参数
• 参数组合复杂 → 函数重载
• 类型差异显著 → 函数模板

Q：所有函数都应该声明为inline吗？ A：三大误区：

0. inline只是建议，编译器可能忽略
1. 大函数内联可能导致代码膨胀
2. 虚函数不能真正内联

Q：宏定义应该完全弃用吗？ A：保留场景：

• 条件编译（#ifdef DEBUG）
• 文件包含防护（#pragma once）
• 平台特性抽象（跨平台开发）

五、实战技巧宝典

1. 重载优化策略

// 使用C++17 if constexpr简化重载
template<typename T>
auto process(T val) {
    if constexpr (is_integral_v<T>) {
        return val * 2;
    } else if constexpr (is_floating_point_v<T>) {
        return val / 2;
    } else {
        static_assert(false_v<T>, "Unsupported type");
    }
}
​
// 使用[[nodiscard]]标记重要返回值
[[nodiscard]] ResultType critical_operation();

2. 参数设计模式

// 选项结构体模式
struct ConnectOptions {
    int timeout = 5000;
    bool use_ssl = false;
    int retry_count = 3;
};
​
void connect(string ip, ConnectOptions opts = {});

3. 现代替代方案

// 使用C++20指定初始化
connect("127.0.0.1", { .timeout = 3000, .use_ssl = true });
​
// 使用C++23 deducing this简化成员函数重载
class Data {
    template<typename Self>
    void serialize(this Self&& self, OutputStream& os) {
        os << static_cast<Self&&>(self);
    }
};

六、学习路线图

0. 基础阶段（1周）

   • 掌握函数重载规则
   • 理解默认参数设置
   • 完成20个重载练习

1. 进阶阶段（2-3周）

   • 学习模板元编程
   • 掌握SFINAE技术
   • 实现泛型工具函数

2. 专家之路（1-2月）

   • 研究函数式编程范式
   • 开发DSL（领域特定语言）
   • 优化编译期计算

推荐调试工具：

• 预处理器输出查看（gcc -E）
• 汇编代码分析（Compiler Explorer）
• 代码覆盖率检测（gcov/lcov）

函数重载与默认参数如同程序世界的智能路由系统，让代码接口既保持简洁又具备强大的适应性。从简单的参数缺省到复杂的模板重载，每个设计决策都在平衡灵活性与可维护性。记住：优秀的接口设计不是提供最多的选项，而是让调用者以最自然的方式达成目标——就像优秀的用户界面，隐藏复杂逻辑，呈现简洁交互。