Chapter 8：Adventures in Functions

为什么函数增强机制不能混成“少写代码”

内联函数（inline function）处理定义可见性与调用开销优化机会，reference 改变参数是否别名，default argument 改变调用点可省略的实参，overload 让同一名字拥有多个签名，function template 从类型模式生成函数族。五者影响不同边界，组合前应分别写出契约。

inline 函数允许头文件定义但不保证内联展开

inline 允许相同函数定义出现在多个翻译单元，只要它们满足同一定义规则；编译器是否把调用替换为函数体，是优化决定。大函数或递归函数标 inline 也可能保留正常调用。

inline int square(int value) {
    return value * value;
}

定义通常放入头文件，让每个使用翻译单元可见。若宏或条件编译使各处定义不同，会违反 ODR。先测量热路径，再讨论展开是否改善性能；不应为省一次调用复制大块代码。

引用变量是已有对象的别名

int& alias = value; 绑定后不能改绑到另一个对象，通过 alias 写入就是修改 value。引用语法不提供空状态，仍可能因被引用对象结束生命周期而悬空。

void swap_values(int& left, int& right) {
    int temporary{left};
    left = right;
    right = temporary;
}

可写引用表示调用者对象会被修改，应由函数名字和文档明确；const 引用适合读取大对象且可绑定某些临时值。指针适合可空、数组范围或显式间接语义，不能因引用语法更短就抹掉“可能没有对象”。

默认参数由调用点可见声明提供

默认参数允许调用者省略末尾实参，编译器在调用点补入表达式。默认值通常只在头文件声明一次；定义处重复会造成冲突。提供默认值后，其右侧参数通常也都需要默认值。

void report(std::string_view message, int repeat = 1);
 
report("ready");      // report("ready", 1)
report("retry", 3);

修改库中的默认值不会改变已编译调用点，调用者需重编。默认参数适合稳定、无歧义的常用选择；若参数组合有不同语义，命名函数或配置对象更清楚。

函数重载以参数列表区分候选

同一作用域可声明同名函数，只要参数类型/数量等形成不同签名。返回类型不能单独区分重载，因为调用点可能不使用返回值，编译器无法仅凭期望结果选择。

void show(int value);
void show(double value);
void show(std::string_view value);

解析先形成可行候选，再比较精确匹配、promotion、标准转换等等级。若一个候选对第一个实参更好、另一个对第二个更好，调用可能歧义；加更多 overload 不一定改善 API。

函数模板从类型模式生成函数族

函数模板把类型写成参数，调用时由实参推导 T 并实例化具体函数。模板体对 T 执行的每个操作都必须有效；“任意类型都能用”不是自动保证。

template <class T>
void swap_values(T& left, T& right) {
    T temporary{left};
    left = right;
    right = temporary;
}

该模板隐含 T 可复制构造、可赋值的要求。两个实参推导出的 T 必须一致；int 与 double 不会自动共同推导一个 T。现代 C++ 可用 concepts 表达约束，但第6版的关键是看见模板体隐式契约。

overload 与 template 共同参与候选选择

非模板重载和模板实例可同时成为候选。精确的非模板函数通常优先于同等匹配模板；但实际规则还涉及特化程度和转换等级。先预测候选集，再用最小编译实验确认。

函数模板的错误常在实例化某个 T 时才出现。诊断应从“哪个表达式要求 T 支持什么”开始，不要只读最外层几十行模板回溯。为模板写 static_assert 或概念可以把失败移到接口边界。

引用与模板组合会放大生命周期问题

模板参数为 T& 时只能绑定匹配 lvalue，const T& 可接收更多值但只读；返回 T& 仍要求目标对象活得足够久。类型推导不会修复悬空引用，也不会自动区分 owner 与 borrower。

template <class T>
const T& larger(const T& left, const T& right) {
    return left < right ? right : left;
}

若调用 larger(1,2) 并把返回引用保存到调用结束之后，临时对象生命周期成为风险。安全接口可以按值返回小对象，或限制参数为调用者持有的 lvalue 并明确返回借用。

先预测四种候选结果

重载实验先预测：哪些声明可行、每个参数用什么转换、是否有唯一最佳候选、模板 T 如何推导。实际编译后比较诊断；若结果超出预期，先缩小候选集，不要再加一个 overload 掩盖。

三步选择函数增强机制

小结

• inline 主要影响定义规则并给优化机会，不保证机器调用被展开
• reference 表达非空别名但仍受生命周期约束，const 引用、可写引用与指针有不同契约
• 默认参数在调用点补值并要求调用者重编，适合稳定尾部默认项
• 函数 overload 按参数签名与转换等级选唯一最佳候选，返回类型不能单独区分
• 函数 template 生成类型族，模板体操作就是隐式约束，推导和实例化不会自动保证语义安全

名词解释