C++核心编程一(内存分区、引用详解、函数进阶)

基于b站黑马c++视频做的笔记，仅供参考和复习！！！

内存分区模型 （转自黑马程序员c++讲义）

C++程序在执行时，将内存大方向划分为四个区域

• 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。
  内存管理图解可以看看这篇博文

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也存放在此。
? 该区域的数据在程序结束后由操作系统释放。

总结：

• C++中在程序运行前分为全局区和代码区
• 代码区特点是共享和只读
• 全局区中存放全局变量、静态变量、常量
• 常量区中存放 const修饰的全局常量 和 字符串常量

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,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

//栈区数据注意事项  ---不要返回局部变量的地址
//栈区的数据由编译器管理开辟和释放

int* fun(int b)  //形参数据也会放在栈区
{
	b = 100;
	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
	return &a; //返回局部变量的地址 这是错误的用法
}

	int* p = fun(1);
	cout << *p << endl; //第一次可以打印是因为编译器做了保留
	cout << *p << endl; //第二次这个数据就不再保留了

?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，C语言中使用的是malloc()

string * func()  //指针函数  返回值为string的指针类型
{
	//利用new关键字 可以将数据开辟到堆区
	//string *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
	//new int(10)
	string * p1 = new string("张三"); //返回的是地址 类似于string * p1 = &a
	return p1;  //返回得到的是p1的地址
}

	//在堆区开辟数据
	string * p = func();
	
	cout << *p << endl;
	cout << *p << endl;
	//使用完未释放内存，存在问题，后续会有释放的方法

全局区中存放全局变量、静态变量、常量
常量有字符串常量和const修饰的全局变量(全局常量)
局部变量则存放区栈区
下面通过打印不同种类的变量的地址易知其处于不同的区域

//全局变量
int g_a = 10;
int g_b = 10;
static int s_b = 10;

//const修饰的全局变量即为全局常量
const int c_g_a = 10;
const int c_g_b = 10;

int main()
{
	//全局区存在全局变量、静态变量、常量

	//创建普通局部变量 
	int a = 10;
	int b = 10;

	cout << "局部变量a的地址:" << &a << endl;
	cout << "局部变量b的地址:" << &b << endl;

	cout << "全局g_a的地址:" << &g_a << endl;
	cout << "全局g_b的地址:" << &g_b << endl;

	//静态变量 在普通变量前加static关键字，属于静态变量
	static int s_a = 10;
	//static int s_b = 10;
	cout << "静态局部变量s_a的地址:" << &s_a << endl;
	cout << "静态全局变量s_b的地址:" << &s_b << endl;

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

	//const修饰的常量
	//const修饰的全局变量，const修饰的局部变量
	cout << "全局常量c_g_a的地址:" << &c_g_a << endl;
	cout << "全局常量c_g_b的地址:" << &c_g_b << endl;

	const int c_l_a = 10;  //c-cosnt g-gloal l-local
	const int c_l_b = 10;
	cout << "局部常量c_l_a的地址:" << &c_l_a << endl;
	cout << "局部常量c_l_b的地址:" << &c_l_b << endl;

	system("pause");

	return 0;
}

由上图所示，易知局部变量和局部常量属于一个区域。而全局变量、静态变量(全局和局部)、字符串常量、全局常量在一个区域有着直观的表示。

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，会返回该数据对应的类型的指针。

//1、new的基本语法
int * func()
{
	//在堆区创建整型数据指针int *
	//new返回的是 该数据类型的指针的地址
	int * p = new int(10);
	return p;
}

void test01()
{
	int * p = func();
	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，利用关键字delete
	delete p;
	//cout << *p << endl; //内存已经释放，再次访问是非法操作，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，在堆区
	int * arr = new int[10];	//10代表数组有10个元素，未赋值

	for (int i = 0; i < 10; i++){
		arr[i] = i + 100;		//需对10个元素进行赋值
	}

	for (int i = 0; i < 10; i++){
		cout << arr[i] << " ";
	}
	
	//释放堆区数组 释放数组需要加[]才可以
	 delete[] arr;
}

int main()
{
	test01();
	//test02();
	
	return 0;
}

引用的基本使用

引用：给变量起别名
语法：数据类型 &别名 = 原名
注意事项：引用必须要初始化。引用一旦初始化后，不可以更改
对引用的操作与对变量名直接操作是完全一样的

int main()
{
	int a = 10;

	//1、引用必须要初始化
	//int& b; 错误
	
	//int & b = 10;必须要左值
	int& b = a;		//其中a为左值，10为右值	

	//2、引用一旦初始化后，不可以更改
	int c = 20;
	b = c;			//将变量c赋值给b，会导致a也跟着发生变化

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

	cout << "改变引用变量的值后:" << endl;

	b = 10;
	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;
	cout << "c = " << c << endl;

	system("pause");

	return 0;
}

补充：x++是右值(只能出现在等号右边的变量)。先将x的值取出来，存放入一个临时变量，再给x+1，最后返回临时变量(将亡值所以是右值)，++x是左值对x自增后马上返回其本身。

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，会影响实参
优点：可以简化指针修改实参

//交换函数

//1、值传递
void mySwap01(int a, int b)
{
	int temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}

//2、地址传递
void mySwap02(int * a, int * b)
{
	int  temp = *a;
	*a = *b;
	*b = temp;
}

//3、引用传递
void mySwap03(int &a, int &b)  //int &a = a ,int &b = b
{
	int temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}

	int a = 10;
	int b = 20;
	//mySwap01(a, b);  //值传递
	//mySwap02(&a, &b); //地址传递
	//形参和实参指向同一块内存，通过形参的值来影响实参的值
	mySwap03(a, b); //引用传递，形参会修饰实参
	 
	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;

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

//引用做函数的返回值
//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;//第一次可以打印是因为编译器做了保留
	//cout << "ref = " << ref << endl;//第二次这个数据就不再保留了  输出乱码

	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;		//ref2 = 1000  	

	system("pause");
	return 0;
}

返回值是引用的好处：首先，单纯的数据类型返回值时，如下面代码

int func()
{
    int a=1;
    return a;
}

int b=func();

此时return a返回的并不是变量a。因为a在函数作用域结束后已经被释放了，而是事先系统进行了拷贝操作，即将a=1的变量值拷贝给了临时变量temp，所以返回的是temp=1这个变量赋值给b，因此在这个过程中，多了一步就是值拷贝。
而选择引用作为返回值，临时变量(别名)直接指向a的同一块内存进行操作，就可以避免不必要的拷贝，节省内存开销。

自己对函数左值引用即：**test02() = 1000;**的浅显理解(可能有误，欢迎指正)：因为test02()返回值是引用，可能有这么一步，即int &temp = a,返回的是temp这个别名。将1000赋值给是temp，其另一个别名ref2之前也被赋值过，也能访问到1000。即存在的关系是一共有3个变量，a是原名，test02()返回值是a的一个别名，ref2也是a的另一个别名。test02() = 1000的赋值操作，会修改a和ref2的值。

引用的本质一

本质：引用的本质在c++内部实现是一个指针常量
函数发现是引用，自动转换为int * const ref = &a;
由前文博客的const图解易知，const修饰的是ref，即ref为常量，所以指针指向不能发生改变，但是指向的int类型的内存中的值可以改变。

void func(int& ref)
{
	ref = 100; //发现ref是引用，转换为 *ref = 100;
	cout << "ref:" << ref << endl;
}
	int a = 100;
	//自动转换为 int * const ref = &a;指针常量是指针指向不可以改,值可以改，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);
	
	return 0;

引用的本质二

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。
const int& val，由前文博客const图解可知，const修饰的是int数据类型，那么指针指向的int长度的内存的值不可改变；又因为是引用，指针的指向也不能改变。

//打印数据函数
void showValue(const int& val)
{
	//val = 1000; const修饰形参后防止在函数体内修改
	cout << "val = " << val << endl;
}

	//1、常量引用
	//使用场景：用来修饰形参，防止误操作
	int a = 10;
	//int& ref = 10;	//错误，引用必须引一块合法的内存空间

	//加入const之后 编译器将代码修改 int temp = 10; const int & ref = temp;
	const int& ref = 10;	//等价于int temp = 10; const int & ref = temp;
	//ref = 20; //加入const之后变为只读，不可修改
	
	//2、函数参数引用
	int a = 100;
	showValue(a);
	cout << "a = " << a << endl;

函数默认参数

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）{}
如果我们自己传入数据，就用自己的数据，如果没有，那么用默认值
语法： 返回值类型 函数名 (形参 = 默认值)

//函数默认参数
//1、如果某个位置有默认参数，那么从这个位置往后，从左到右都需要有默认值
int func(int a, int b = 20, int c = 30)
{
	return a + b + c;
}

//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有默认参数
int func2(int a = 10, int b = 20);
int func2(int a , int b)
{
	return a + b;
}

int main()
{
	cout << func(10, 30) << endl;		//输出70
	cout << func2() << endl;			//输出30

	system("pause");
	return 0;
}

函数占位参数

语法：返回值类型 函数名 (数据类型) {}
目前阶段的占位参数 我们还用不到，后面的课程中会用到 操作符重载
占位参数 还可以是默认参数 int = 10

void func(int a, int)
{
	cout << "this is func" << endl;
}

	func(10, 10);

函数重载

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、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

void func()	//0个参数
{
	cout << "func 的调用1" << endl;
}

void func(int a)  //1个参数  个数不同
{
	cout << "func的调用2" << endl;
}

void func(double a) //类型不同
{
	cout << "func的调用3" << endl;
}

void func(int a, double b) //顺序不同
{
	cout << "func的调用4" << endl;
}
void func(double a, int b) //顺序不同
{
	cout << "func的调用5" << endl;
}

int main()
{
	func();
	func(10);
	func(3.14);
	func(10, 3.14);  //调用4

	system("pause");
	return 0;
}

函数重载注意事项

//函数重载的注意事项
//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; 加入const之后 编译器将代码修改 int temp = 10; const int & a = temp;
{
	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)调用" << endl;
	cout << b << endl;
}

void func2(int a)
{
	cout << "func2(int a)调用" << endl;
}

	//调用第一个func函数
	int a = 20;
	func(a);

	//调用第二个func	原因见常量引用
	func(10);

	//不知道调那个函数
	//func2(10);	//当函数重载碰到默认参数，出现二义性，报错，应该尽量避免这种错误
	func2(10, 20); //b = 20
}