C++学习笔记（五）（内存分区，引用，函数）

本笔记主要来源于教程https://www.bilibili.com/video/av41559729?p=1

C++核心编程

本阶段主要针对C++面向对象编程技术做详细讲解，探讨C++中的核心和精髓。

1 内存分区模型

C++程序在执行时，将内存大方向划分为4个区域

• 代码区：存放函数体的二进制代码，由操作系统进行管理的
• 全局区：存放全局变量和静态变量以及常量
• 栈区：由编译器自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量等
• 堆区：由程序员分配和释放，若程序员不释放，程序结束时由操作系统回收

内存四区意义：
不同区域存放的数据，赋予不同的声明周期，给我们更大的灵活编程

1.1 程序运行前

在程序编译后，生成了exe可执行程序，未执行该程序前分为两个区域
代码区：
    存放CPU执行的机器指令
    代码区是共享的，共享的目的是对于频繁被执行的程序，只需在内存中有一份代码即可
    代码区是只读的，使其只读的原因是防止程序意外地修改了它的指令
全局区：
    全局变量和静态变量存放在此
    全局区还包含了常量区，字符串常量和其他常量也存放在此
    该区域的数据在程序结束后由操作系统释放

写在函数体内的变量为局部变量，在函数体外定义的变量为全局变量，全局变量和局部变量的地址不在同一段内。
静态变量： 在普通变量前面加static static int a=10;   同样存放在全局区中

常量分为字符串常量（在“ "中）和const修饰的变量，const修饰的变量又分为const修饰的全局变量（全局常量）和const修饰的局部变量（局部常量）
全局变量，静态变量，常量（字符串常量，const修饰的全局变量（全局常量））在全局区中

1.2 程序运行后

栈区：
    由编译器自动分配释放，存放函数的参数值（形参），局部变量等
    注意事项：不要返回局部变量的地址，栈区开辟的数据由编译器自动释放。

堆区：
    由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时由操作系统回收
    在C++中主要利用new在堆区开辟内存。

int *func()
{
     //利用new关键字，可以将数据开辟到堆区
    //指针本质也是局部变量，放在栈上（即地址存放在栈上），指针保存的数据是放在堆区（通过地址来访问数据）
    int *p= new int(10);
    return p;
}

int main()
{  

    //在堆区开辟数据
    int *p = func();

    cout << *p << endl;
    system("pause");
    return 0;

}

1.3 new操作符

    C++中利用new操作符在堆区开辟数据
    堆区开辟的数据，由程序员手动开辟，手动释放，释放利用操作符delete
    语法 new 数据类型;
    利用new创建的数据，会返回数据对应的类型的指针

#include< iostream>
using namespace std;

  //new的基本语法
int *func()
{
    //在堆区创建整型数据
    //new返回的是该数据类型的指针
    int *p=new int(10);
    return p;
}
void test01()
{
    int*p = func();
    cout << *p << endl;
    cout << *p << endl;
    cout << *p << endl;
    //堆区的数据，由程序员管理开辟，程序员管理释放
    //如果想释放堆区的数据，用关键字delete
    delete p;
    cout << *p << endl;//会报错
}

//2.在堆区利用new开辟数组
void test02()
{
    //创建10整型数据的数组
    int *arr=new int[10];//10代表数组有十个元素
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        arr[i] = i + 100;//给10个元素赋值100~109
    }
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        cout << arr[i] << endl;

    }
    //释放堆区数组
    //释放数组时，要加[]才可以
    delete[]arr;
}

int main()
{  
    //test01();
    test02();
    system("pause");
    return 0;

}

2 引用

2.1 引用的基本使用

作用：给变量起别名
语法： 数据类型 &别名=原名

    int a = 10;
    int &b = a;
    b = 100;
    cout << "a= "<< a << endl;
    cout << "b= "<< b << endl;

改变b的值a的值也会改变

2.2 引用注意事项

• 引用必须要初始化  （int &b；是错误的）
• 引用在初始化后，不可以改变   b作为a的别名时就不可以做c的别名

2.3 引用做函数参数

作用：函数传参时，可以利用引用的技术让形参修饰实参
优点：可以简化指针修改实参

void mySwap01(int a,int b)
{
    int temp = a;
    a = b;
    b = temp;
    cout << "Swap01a= " << a << endl;
    cout << "Swap01b= " << b << endl;

}
//2.地址传递
void mySwap02(int*a, int*b)
{
    int temp = *a;
    *a = *b;
    *b = temp;
    cout << "Swap02a= " << *a << endl;
    cout << "Swap02b= " << *b << endl;
}

//3.引用传递
void mySwap03(int&a,int&b)
{
    int temp = a;
    a = b;
    b = temp;
    cout << "Swap03a= " << a << endl;
    cout << "Swap03b= " << b << endl;
}

int main()
{  
    int a = 10, b = 20;
    //mySwap01(a, b);//值传递，形参不会修饰实参
    //mySwap02(&a,&b);//地址传递形参会修饰实参
    mySwap03(a, b);//引用传递，形参会修饰实参

    cout << "a= " << a << endl;
    cout << "b= " << b << endl;


    system("pause");
    return 0;

}

2.4 引用做函数返回值

作用：引用是可以作为函数的返回值存在的

注意：不要返回局部变量引用
用法：函数调用作为左值

//引用做函数返回值
//1.不要返回局部变量的引用
int& test01()
{
    int a = 10;//局部变量 存放在四区中的 栈区
    return a;

}

//2.函数的调用可以作为左值
int& test02()
{
    static int a = 10;//静态变量，存放在 全局区，全局区上的数据在程序结束后系统释放
    return a;
}
int main()
{  
    int &ref = test01();

    cout << "ref= " << ref << endl;//第一次结果正确是因为编译器做了保留
    cout << "ref= " << ref << endl;//第二次结果错误因为a的内存已经释放

    int &ref2 = test02();
    cout << "ref2= " << ref2 << endl;
    cout << "ref2= " << ref2 << endl;

    test02() = 1000;//如果函数的返回值是引用，这个函数的调用可以作为左值

    cout << "ref2= " << ref2 << endl;
    cout << "ref2= " << ref2 << endl;

    system("pause");
    return 0;

}

2.5 引用的本质

本质：引用的本质在C++内部实现是一个指针常量（指向不可以改，指向的值可以改）

//发现是引用，转换为int* const ref=&a
void func(int& ref)
{
    ref = 100;//ref是引用，转换为*ref=100
}
int main()
{  
    int a = 10;

    //自动转换为 int* const ref=&a;指针常量是指针指向不可以变，也说明为什么引用不可更改
    int& ref = a;
    ref = 20;//内部发现ref是引用，自动帮我们转换为*ref=20；

    cout << "a= " << a << endl;
    cout << "ref= " << ref << endl;

    func(a);
    cout << "a= " << a << endl;
    cout << "ref= " << ref << endl;


    system("pause");
    return 0;

}

结论：C++推荐用引用技术，因为语法方便，引用本质是指针常量，但是所有的指针操作编译器都帮我们做了

2.6 常量引用

作用：常量引用主要用来修饰形参，防止误操作

在函数形参列表中，可以加const修饰形参，防止形参改变实参

//打印数据函数
void showValue( const int &val)
{
    //val = 1000; //加了const不允许修改，防止误操作
    cout << "val= " << val << endl;
}
int main()
{  
    //常量引用
    //使用场景：用来修饰形参，防止误操作
    //int &refs = 10;//会报错，引用必须引用一块合法的内存空间

    //加上const之后 编译器将代码修改 int temp=10; const int &ref=temp;
    //const int &ref = 10;
    //ref = 20;//报错，加入const之后变为只读状态，不可以修改


    int a = 100;
    showValue(a);
    cout << "a=" << a << endl;

    system("pause");
    return 0;

}

3 函数提高

3.1 函数默认参数

在C++中，函数的形参列表中的形参是可以有默认值的。
语法： 返回值类型 函数名 （参数=默认值）{}

//函数默认参数
//如果我们自己传入数据，就用自己的，如果没有，那么用默认值
//语法： 返回值类型  函数名称（形参=默认值）{}
int func(int a,int b=20,int c=30)
{
    return a + b + c;
}
//注意事项
//1.如果某个位置已经有了默认参数，那么从这个位置往后，从左到右都必须有默认值

//2.如果函数声明有默认参数，函数实现就不能有默认参数
//声明和实现只能有一个默认参数
int func2(int a = 10, int b = 10);

int func2(int a=10 , int b=10 )//报错，不能重定义默认参数
{
    return a + b;
}
int main()
{  
    //cout << func(10) << endl;
    cout << func2(10,10 )<< endl;
    system("pause");
    return 0;

}

3.2 函数占位参数

C++中函数的形参列表里可以有占位参数，用来做占位，调用函数时必须填补该位置

语法：  返回值类型 函数名（数据类型）{}

在现阶段函数的占位参数意义不大，但是后面的课程中会用到该技术

//占位参数
//返回值类型 函数名（数据类型）{}
//占位参数，还可以有默认参数
void func(int a,int=10)
{
    cout << "this is func " << endl;
}

int main()
{  
    func(10);
    system("pause");
    return 0;

}

3.3 函数重载

3.3.1 函数重载描述

作用： 函数名可以相同，提高复用性

函数重载满足条件：

• 同一个作用域下
• 函数名称相同
• 函数参数类型不同，或者个数不同或者顺序不同

注意：函数的返回值不可以作为函数重载的条件

//函数重载
//可以让函数名相同，提高复用性


//函数重载的满足条件
//1.同一个作用域下
//2.函数名称相同
//3.函数参数类型不同，或者个数不同，或者顺序不同
void func()
{
    cout << "func 的调用" << endl;
}

void func(int a)
{
    cout << "func(int a) 的调用" << endl;
}
void func(double a)
{
    cout << "func(double a) 的调用" << endl;
}
void func(int a,double b)
{
    cout << "func(int a,double b) 的调用" << endl;
}
void func(double a,int b)
{
    cout << "func(double a,int b) 的调用" << endl;
}

//注意事项：函数的返回值不可以作为函数重载的条件
//int func(double a, int b)//报错，无法重载
//{
//  cout << "func(double a,int b) 的调用" << endl;
//}
int main()
{  
    func();
    func(10);
    func(3.14);
    func(10, 3.14);
    func(3.14, 10);
    system("pause");
    return 0;

}

3.3.2 函数重载注意事项

• 引用作为重载条件
• 函数重载碰到函数默认参数

//函数重载注意事项
//1.引用作为重载的条件
void func(int &a)//int &a=10：不合法
{
    cout << "func(int &a) 调用" << endl;
}
void func(const int &a)//const int &a=10：合法
{
    cout << "func(const int &a) 调用" << endl;
}
//2.函数重载碰到默认参数
void func2(int a,int b=10)
{
    cout << "func2(int a,int b)的调用" << endl;
}
void func2(int a)
{
    cout << "func2(int a)的调用" << endl;
}
int main()
{  
    int a = 10;
    func(a);//调用无const
    func(10);//调用有const
    func2(10);//当函数重载碰到默认参数，会出现二义性，报错，尽量避免这种情况


    system("pause");
    return 0;

}

 
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