从0到1入门C++编程——03 内存分区、引用、函数高级应用

一、内存分区

C++程序在执行时，会将内存大致分为4个区，分别是代码区、全局区、栈区和堆区。
代码区用来存放函数体和二进制代码，由操作系统进行管理。
全局区用来存放全局变量、静态变量、字符串常量以及全局常量(const修饰的变量)。
栈区是由编译器自动分配和释放，用来存放函数的参数值、局部变量等。
堆区由程序员分配和释放，如果程序员分配了内存但没释放，程序结束时由操作系统回收，但是这种情况下有可能造成内存泄露。
内存分区可以使数据存放在不同的区域，并赋予其不同的生命周期，可以使得编程更加灵活。
程序编译后生成了可执行程序，未执行程序之前分为两个区域，代码区和全局区。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，防止程序意外的被修改。全局区在程序结束后由操作系统释放。
由下图可以看到，全局变量的地址比局部变量的地址低。这是因为全局变量存放在全局区，局部变量存放在栈区。

注意局部常量和全局常量存放的位置是不一样的，局部常量仍然存放在栈区，而全局常量存放在全局区。
在栈区中需要注意，不要返回局部变量的地址！ 因为局部变量存放在栈区，栈区的数据在函数执行完以后自动释放。
下面的例子可以看到，函数返回了局部变量的地址，在main函数中进行了接收，第一次解引用得到了正确的值是因为编译器做了保留，第二次打印数据就不再保留了，对返回的局部变量的地址操作是非法的。

对数组而言也是一样的，不能返回数组地址进行读写操作。

如果将局部变量变为静态变量，那么即使函数返回后，数据依然可以访问，因为变量的存放区域不再是栈区，而是全局区。

在C++中利用关键字new在堆区开辟内存，并以指针接收内存。 new什么类型的数据，就以什么类型的指针接收其地址，括号里面的值是给堆区开辟的内存初始化数值。程序员不释放，堆区中的数据一直存放到程序运行结束。

释放new开辟的内存使用关键字delete。
在堆区中开辟数组要用中括号，释放的时候要先在delete后加[]再加指针释放，释放单个数据的时候直接在delete后加指针即可。

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二、引用

引用的作用是给变量起别名。引用必须初始化，且初始化以后不可以改变。
语法：数据类型 &别名 = 原名;
引用的本质在C++内部实现是一个指针常量，指针的指向不可修改，但是指针指向的值可以修改。

int a = 10;
int &b = a;  //相当于 int* const b = a;

C++ 推荐引用技术，语法方便，其涉及的指针操作都由编译器做了。
在给变量起别名的时候，数据类型要与原变量一致。

引用可以作为函数参数传递，其效果和指针一样，例如下面交换两个数的例子。

通过引用参数产生的效果同按地址传递时一样的，引用的语法更加清楚简单。
引用归根结底还是对地址的操作，下面是传递参数的三种不同方式。
指针方式是地址传递，因此在主函数和函数体中的变量地址是一样的。

引用也是地址传递，主函数和函数体中的变量地址一样。

值传递则与上面两种不一样，变量在主函数中的地址和函数体中的地址是不一样的，这也是为什么经过函数交换后实际的变量值没有发生交换，因为函数中操作的地址是在栈中另外开辟的。

引用可以作为函数的返回值，但是不要返回局部变量的引用！
返回局部变量的引用和返回局部变量的地址是一样的，函数返回后内存会被释放掉，再对该内存操作就是非法的，下面的打印第一次虽然是对的，但只是临时保存的。

函数的返回值是引用，函数调用可以作为左值！
函数调用作为左值相当于给返回的引用进行赋值操作，例子如下。

常量引用主要用来修饰形参，防止误操作改动实参数值。

int a = 10;
int &b = a;  //合法

int a = 10;
int &b = 10;  //不合法

int a = 10;
const int &b = 10;  //合法  相当于 int temp = 10; int &b = temp;

前面提到，引用其实是一个指针常量，因此当其作为函数形参传递的时候，如果在函数体中修改了形参，实参也会跟着变动，有时候为了防止函数中修改形参，要在引用前加上const。
可以看到，如果引用作为参数的时候，在函数内部修改了引用的值，调用函数后实参的值也跟着改变了。

在形参前面加上const后，如果函数体内部试图修改引用的值，编译器就直接报错了！

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三、函数的高级应用

1.默认参数

可以给函数的形参设置默认值，在传实参的时候，没有传实参就使用默认参数，传了实参就覆盖掉默认参数值。
需要注意的是，如果函数参数中某个位置已经有了默认参数，那么从这个位置往后都必须有默认值。比如一个函数带三个参数，如果第二个参数设置了默认值，那么第三个参数也必须有默认值。
如果函数的参数中只有一个默认参数，那么这个参数就必须放在函数的最后一个位置。

如果函数声明有默认参数，函数实现就不能有默认参数；或者函数实现有默认参数，函数声明就不能有默认参数。总之两个中至多有一个有默认参数，否则会发生重复定义默认参数错误。 这样定义很容易理解，比如某个参数在函数声明的时候给定的默认值为10，函数实现的时候给了20，这个时候就出现了二义性，编译器不知道按照哪个默认参数来执行了。

//可以
int fun(int a,int b=20,int c=30);
int fun(int a,int b,int c)
{
	return a+b+c;
}
//可以
int fun(int a,int b,int c);
int fun(int a,int b=20,int c=30)
{
	return a+b+c;
}
//即使参数的默认值相同，函数声明和函数实现也不可以同时有
int fun(int a,int b=20,int c=30);
int fun(int a,int b=20,int c=30)
{
	return a+b+c;
}

2.占位参数

函数占位参数：C++中函数的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。
函数中占位参数只声明变量类型，而不给形参变量。占位参数也可以有默认参数。

void fun(int a,int)  //第二个int就是占位参数
{ 
	...
}
fun(10,20);   //函数调用

void fun(int a,int = 10)  //给占位参数设置默认值
{ 
	...
}
fun(10);   //函数调用
fun(10,20);  

3.函数重载

函数重载：函数名可以相同，提高复用性。
函数重载需满足的条件：同一个作用于下(全局)；函数名相同；函数参数类型不同、或函数参数个数不同、或函数参数的顺序不同。
需要注意的是，函数的返回值不可以作为函数重载的条件。
下面的代码就是函数重载的例子。

#include <iostream>
using namespace std;

void fun()
{
	cout<<"fun()"<<endl;
}

//以下两个函数参数个数相同，但参数类型不同
void fun(int a)
{
	cout<<"fun(int a)"<<endl;
}

void fun(double a)
{
	cout<<"fun(double a)"<<endl;
}

//以下两个函数参数个数相同，但参数顺序不同
void fun(int a,double b)
{
	cout<<"fun(int a,double b)"<<endl;
}

void fun(double a,int b)
{
	cout<<"fun(double a,int b)"<<endl;
}

int main()
{
	fun();
	fun(10);
	fun(10.0);
	fun(10,10.0);
	fun(10.0,10);

	system("pause");
	return 0;
}

上面程序运行后的结果如下图所示。

仅靠函数类型不同是无法完成函数重载的，像下面这样。

void fun()
{
	cout<<"fun()"<<endl;
}

int fun()
{
	cout<<"fun()"<<endl;
}

但是函数类型结合参数类型、参数个数、参数顺序可以实现函数重载。

引用作为函数参数重载时，需要注意参数类型前加const和不加const是可以重载成功的。 当函数参数类型前加了const后，函数调用的时候就需要传入常量值。

函数重载中应尽量避免默认参数的使用，如下面的函数重载例子，如果给默认参数的位置传入实参，则代码不会出错，而只传入一个值的时候，函数调用就会出现二义性，编译器不知道应该调用哪个函数了。

void fun(int a)
{
	cout<<"fun(int a)"<<endl;
}

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

fun(10,20);  //合法
fun(10);  //不合法，函数调用出现了二义性

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本文参考视频：
黑马程序员匠心之作|C++教程从0到1入门编程,学习编程不再难