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[C++知识库]C++笔记3

内存分区模型

C++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；
  • 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。

内存四区的意义：
不同区域存放的数据，赋予不同的生命周期，给我们更大的灵活编程。
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，只需要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(const修饰的局部变量)也存放于此
  • 该区域的数据在程序结束后由操作系统释放
#include <iostream>
using namespace std;

//全局变量
int g_a = 10;
int g_b = 10;

//const修饰的全局变量
const int c_g_a = 10;
const int c_g_b = 10;

int main() {

	//创建普通局部变量
	int a = 10;
	int b = 10;

	cout << "局部变量a的地址是：" << (int)&a << endl;
	cout << "局部变量b的地址是：" << (int)&b << endl;

	cout << "全局变量g_a的地址是：" << (int)&g_a << endl;
	cout << "全局变量g_b的地址是：" << (int)&g_b << endl;

	//静态变量   储存在全局区
	static int s_a = 10;
	static int s_b = 10;
	cout << "静态变量s_a的地址是：" << (int)&s_a << endl;
	cout << "静态变量s_b的地址是：" << (int)&s_b << endl;

	//常量
	//字符串常量
	cout << "字符串常量的地址为：" << (int)&"hello world" << endl;

	//const修饰的变量
	//const修饰的全局变量
	cout << "const修饰的全局变量s_a的地址是：" << (int)&c_g_a << endl;
	cout << "const修饰的全局变量s_b的地址是：" << (int)&c_g_b << endl;

	//const修饰的局部变量
	const int c_l_a = 10;
	const int c_l_b = 10;

	cout << "const修饰的局部变量s_a的地址是：" << (int)&c_l_a << endl;
	cout << "const修饰的局部变量s_b的地址是：" << (int)&c_l_b << endl;

	system("pause");
	return 0;
}

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
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、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
#include <iostream>
using namespace std;

//栈区数据注意事项：不要返回局部变量的地址
int * func(int b)//形参数据也会放在栈区
{
	int a = 10;//局部变量，存放在栈区，栈区的数据在函数执行完后自动释放
	int b = 100;//局部变量，存放在栈区，栈区的数据在函数执行完后自动释放
	return &a;//返回局部变量的地址
}

int main() {
	int * p = func(1);
	
	cout << *p << endl;//第一次打印数据正确，因为编译器做了一次保留
	cout << *p << endl;///第二次打印数据错误，编译器不再继续保留

	system("pause");
	return 0;
}

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
#include <iostream>
using namespace std;

int * func( )
{
	//利用new关键字将数据开辟到堆区
	//指针本质也是局部变量，放在栈上，指针保存的数据是放在堆区
	int * a = new int(10);
	return a;
}

int main() {
	int *p = func();

	cout << *p << endl;
	cout << *p << endl;//结果不变
	system("pause");
	return 0;
}

在这里插入图片描述
new运算符

  • 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，会返回该数据对应的类型的指针
#include <iostream>
using namespace std;


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;//堆区未释放，数据未丢失
	//释放堆区数据
	delete p;
	//cout << *p << endl;//堆区被释放，报错
}

//在堆区利用new开辟数组
void test02()
{
	//创建10个整型的数组,在堆区
	int* arr =new int[10];//10代表数组有10个元素
	//给数组赋值
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		arr[i] = i + 100;
	}
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		cout << arr[i] << endl;
	}
	//释放堆区数组    
	//注意：释放数组要加[]才可以
	delete[] arr;
}

int main() {
	test01();
	test02();

	system("pause");
	return 0;
}

C++中的引用

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
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
	int a = 10;
	//创建引用
	int &b = a;

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

	b = 100;

	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;//操作a和b是操作的是同一块内存

	system("pause");
	return 0;
}

引用注意事项

  • 引用必须要初始化
  • 引用一旦初始化后，就不可以更改了
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
	int a = 10;
	//int &b;// 错误，必须要初始化
	int &b = a;

	int c = 20;

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

	b = c;//赋值操作，而不是更改引用

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

	system("pause");
	return 0;
}

引用做函数参数

  • 作用：函数传递时，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
#include <iostream>
using namespace std;

//值传递
void mySwap01(int a,int b)
{
	int temp = a;
	a = b;
	b = temp;

	cout << "mySwap01中" << endl;
	cout << "\ta = " << a << endl;
	cout << "\tb = " << b << endl;
}

//地址传递
void mySwap02(int *a, int *b)
{
	int temp = *a;
	*a = *b;
	*b = temp;
}

//引用传递
void mySwap03(int &a, int &b)//等同于操作参数的别名
{
	int temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}

int main() {
	int a = 10;
	int b = 20;

	cout << "初始值" << endl;
	cout << "\ta = " << a << endl;
	cout << "\tb = " << b << endl;

	mySwap01(a, b);//值传递，形参不会修饰实参

	cout << "mySwap01后" << endl;
	cout << "\ta = " << a << endl;
	cout << "\tb = " << b << endl;

	mySwap02(&a, &b);//地址传递，形参会修饰实参的

	cout << "mySwap02后" << endl;
	cout << "\ta = " << a << endl;
	cout << "\tb = " << b << endl;

	mySwap03(a, b);//引用传递，形参也会修饰实参

	cout << "mySwap03后" << endl;
	cout << "\ta = " << a << endl;
	cout << "\tb = " << b << endl;

	system("pause");
	return 0;
}

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
  • 用法：函数调用作为左值
#include <iostream>
using namespace std;

int& test01()
{
	int a = 10;//存放于栈区
	return a;
}

int& test02()
{
	static int a = 10;//存放于全局区
	return a;
}

int main() {
	int &ref = test01();
	//不返回局部变量的引用
	cout << "ref = " << ref << endl;//第一次结果正确
	cout << "ref = " << ref << endl;//第二次结果错误

	int &ref2 = test02();

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

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

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

	system("pause");
	return 0;
}

引用的本质

  • 本质：引用在C++内部实现是一个指针常量
#include <iostream>
using namespace std;

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

注意:C++推荐使用引用技术，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

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
#include <iostream>
using namespace std;

void showValue(const int &val)//加const防止误操作
{
	// val = 1000;  // 错误  加上const后变为只读，不可以修改
	cout << "val = " << val << endl;
}

int main() {
	int a = 100;
	//int &ref = 10;  //  错误，引用必须引一块合法的内存空间
	const int &ref = 10;//编译器将代码修改为 int temp =10;const int & ref = temp;

	// ref = 20;  //错误  加上const后变为只读，不可以修改
	showValue(a);

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

	system("pause");
	return 0;
}

函数提高

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 函数值 （参数 = 默认值）
#include <iostream>
using namespace std;

int func(int a, int b = 20, int c = 30)
{
	return a + b + c;//若传了值，则用传的数据，否则就用默认值
}

//注意事项
//如果某个位置有了默认参数，那么从这个位置往后，从左到右都必须有默认值
//声明和实现只能有一个有默认参数
/*
int func2(int a = 10,int b = 10);

int func2(int a = 10,int b = 10)   //错误，重定义默认参数
{
	return a + b + c;
}
*/
int main() {
	cout << func(10,30) << endl;

	//cout << func2(10,20) << endl;   //无法运行

	system("pause");
	return 0;
}

函数名占位参数（目前用不到）

  • 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）{}
#include <iostream>
using namespace std;

//占位参数，目前用不到
void func(int a,int)
{
	cout << "this is func" << endl;
}
//占位参数可以有默认值
void func2(int a, int = 10)
{
	cout << "this is func" << endl;
}
 
int main() {
	func(10, 10);
	//func(10)//错误，无法使用，占位参数必须填补
	func2(10);

	system("pause");
	return 0;
}

函数重载概述

  • 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（全局域、局部域）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
#include <iostream>
using namespace std;

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

void func(double b)
{
	cout << "func(double b) 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;
}

int main() {
	func();//调用第一个
	func(10);//调用第二个
	func(3.14);//调用第三个
	func(10, 3.14);//调用第四个
	func(3.14, 10);//调用第五个

	system("pause");
	return 0;
}

函数重载的注意事项

  • 引用作为重载条件
  • 函数重载碰到函数默认参数
#include <iostream>
using namespace std;

//引用作为重载的条件
void func(int &a)
{
	cout << "func(int &a)调用" << endl;
}

void func(const int &a)
{
	cout << "func(const int &a)调用" << endl;
}

//函数重载碰到默认参数
void func2(int a)
{
	cout << "func2(int a)调用" << endl;
}

void func2(int a,int b = 10)
{
	cout << "func2(int a,int b)调用" << endl;
}

int main() {
	int a = 10;
	func(a);
	func(10);//如果调用第一个则相当于int &a = 10 不合法，调用第二个函数，则是const int &a = 10;  合法

	//func2(10);//当函数重载碰到默认参数，出现二义性，报错，尽量避免
	func2(10, 20);//正确，只能调用有默认参数的函数

	system("pause");
	return 0;
}
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