C++核心编程之内存分区模型，引用，函数提高

1，类型分区模型

c++程序在执行中，将内存大方向划分为4个区域

1，代码区：存放函数体的二进制代码，由操作系统进行管理的

2，全局区：存放全局变量和静态变量以及常量

3，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

4，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

内存四区的意义：

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exe可执行程序，未执行程序前分两个区域：

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于此

全局区还包含了常量区，字符串常量和其他常量也存放于此

该区域的数据在程序结束后由操作系统操作

代码展示：

#include<iostream>
using namespace std;

//全局变量
int g_a = 10;
int g_b = 10;

int main()
{
	//全局区

	//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 << endl;

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

	//静态变量  在普通变量前加static，属于静态变量
	static int s_a = 10;
	static int s_b = 10;
	cout << "静态变量s_a的地址:" << &s_a << endl;
	cout << "静态变量s_b的地址:" << &s_b << endl;
	cout << endl;

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

	//const修饰的变量
	//const修饰的全局变量
	const int c_g_a = 10;
	const int c_g_b = 10;
	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;
	cout << endl;

	//const修饰的局部变量
	const int c_l_a = 10;
	const int c_l_b = 10;
	cout << "全局常量 c_g_a的地址:" << &c_l_a << endl;
	cout << "全局常量 c_g_b的地址:" << &c_l_b << endl;
	cout << endl;

	system("pause");
	return 0;
}

总结：

c++中程序运行前分为全局区和代码区

代码区的特点是共享和只读

全局区中存放全局变量，静态变量，常量

常量区中存放const修饰的全局变量和字符串变量

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，局部变量等

注意：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

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，放在栈区，指针保存的数据是放在栈区
	int* a = new int(10);
	return a;
}
int main()
{
	//在堆区开辟数据
	int* p = func();

	cout << "第一个：" << *p << endl;//每一次都会保存正确的数据
	cout << "第二个：" << *p << endl;
	cout << "第二个：" << *p << endl;
	cout << "第二个：" << *p << endl;
	cout << "第二个：" << *p << endl;
	cout << "第二个：" << *p << endl;
	cout << "第二个：" << *p << endl;
	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释放

在C++中主要利用new在堆区开辟内存

示例：

int* func()
{
	int* a = new int(10);
	return a;
}
int main()
{
	int* p = func();

	cout << "第一个：" << *p << endl;//每一次都会保存正确的数据
	cout << "第二个：" << *p << endl;
	cout << "第二个：" << *p << endl;
	cout << "第二个：" << *p << endl;
	cout << "第二个：" << *p << endl;
	cout << "第二个：" << *p << endl;
	cout << "第二个：" << *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，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

示例1：基本语法：

#include<iostream>
using namespace std;
//1，new的基本语法
int* func()
{
	//在堆区创建整型数据
	//new返回是 该数据类型的指针
	int* a = new int(10);
	return a;
}

int main()
{
	int* p = func();
	cout << *p << endl;
	cout << *p << endl;
	cout << *p << endl;

	//delete p;
	//堆区的数据 由程序员管理开辟，程序员管理释放
	//如果向释放堆区的数据，利用关键字 delete
	cout << *p << endl;
	system("pause");
	return 0;
}

示例2：开辟数组

//2,开辟数组
int main()
{
	int* arr = new int[10];
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		arr[i] = i + 100;
	}
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		cout << arr[i] << endl;
	}
	delete[] arr;//释放数组 delete后加[]
	//int* arr = new int[10];
	/*for (int i = 0; i < 10; i++)//释放后不能再次使用
	{
		arr[i] = i + 100;
	}
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		cout << arr[i] << endl;
	}*/
	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；

示例：

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
	//引用的基本语法
	//数据类型  &别名 = 原名
	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;

	system("pause");
	return 0;
}

2.2 引用的注意事项

引用必须初始化

引用在初始化后，不可以改变

int main()
{
	int a = 10;
	int b = 10;
	//int& c;//报错，引用必须初始化
	int& c=a;//一旦初始化后，就不可以更改
	c = b;//这是赋值操作，不是更改引用
	cout << "a=" << a << endl;
	cout << "b=" << b << endl;
	cout << "c=" << c << endl;
	system("pause");
	return 0;
}

2.3 引用做函数参数

作用：函数传参是，可以利用引用的技术让形参修饰实参

优点：可以简化指针修饰实参

示例：

//引用做函数参数
//1，值传递
void Swap01(int a,int b)
{
	int temp = a;
	a = b;
	b = temp;
	cout << "a= " << a << endl;
	cout << "b= " << b << endl;
	cout << endl;
}
//2，地址传递
void Swap02(int* a, int* b)
{
	int temp = *a;
	*a = *b;
	*b = temp;
	cout << "a= " << *a << endl;
	cout << "b= " << *b << endl;
	cout << endl;
}

//3，引用传递
void Swap03(int& a, int& b)
{
	int temp = a;
	a = b;
	b = temp;
	cout << "a= " << a << endl;
	cout << "b= " << b << endl;
	cout << endl;
}
int main()
{
	Swap01(10,20);//值传递，形参不会修饰实参
	int a = 30;
	int b = 40;
	cout << "a= " << a << endl;
	cout << "b= " << b << endl;
	cout << endl;

	Swap02(&a,&b);//地址传递，形参会修饰实参
	cout << "a= " << a << endl;
	cout << "b= " << b << endl;
	cout << endl;

	a = 50;
	b = 60;
	Swap03(a, b);//引用传递，形参会修饰实参
	cout << "a= " << a << endl;
	cout << "b= " << b << endl;
	cout << endl;

	system("pause");
	return 0;
}

总结：通过引用参数产生的效果同按地址传递是一样的。

引用的语法更清楚

2.4 引用做函数返回值

作用：引用时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

示例1：

1，不要返回局部变量的引用

int& test01()
{
	int a = 10; //局部变量放在四区中的栈区
	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，是因为a的内存已经释放

	system("pause");
	return 0;
}

示例二：

//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 = test02();

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

示例：

//引用的本质
//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()
{
	//自动转化为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以更改
	int a = 10;
	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++推荐引用技术，因为语法方便，引用本质是常量指针

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，我们可以加const修饰形参，防止形参改变实参

示例：

//引用使用的场景，通常用来修饰形参
void showValue(const int& v)
{
	//v += 10;
	cout <<"v= "<< v << endl;
}
int main()
{
	//int& ref = 10;//引用本身需要一个合法的内存空间，因此这行错误
	//加入const就可以了，编译器做了优化代码，int temo = 10;const int& ref = temp;
	const int& ref = 10;
	cout << "ref= "<<ref << endl;

	//ref=100;//加入const后不可以修改变量
	int a = 10;

	//函数中利用常量引用防止误操作修改实参
	showValue(a);

	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由默认值的。

语法：返回值类型函数名（参数 = 默认值）{}

示例1：

#include<iostream>
using namespace std;
int func1(int a, int b, int c)
{
	return a + b + c;
}

//如果我们积极传入数据，就用自己的数据，如果没有，那就用默认值
//b未传入数据，则使用默认值
int func2(int a, int b = 20, int c = 30)
{
	return a + b + c;
}

//都传入了数据，那就用自己的数据
int func3(int a, int b, int c)
{
	return a + b + c;
}

int main()
{
	cout << "func1()的值" << endl;
	cout << func1(10, 20, 30) << endl;
	cout << endl;

	cout << "func2()的值" << endl;
	cout << func2(10, 30) << endl;
	cout << endl;

	cout << "func3()的值" << endl;
	cout << func1(30, 40, 50) << endl;
	cout << endl;

	system("pause");
	return 0;

示例2：

//注意事项：
//1，如果某个位置已经有了默认参数，那么从那个位置往后，从左到右必须都有默认值
//int func1(int a=10, int b, int c,int d)//错误
//{
//	return a + b + c;
//}

//2,如果函数声明由默认参数，函数实现就不能由默认参数
//int func2(int a=10, int b=10);
//声明和实现都能有一个默认参数
int func2(int a=10, int b=20)
{
	return a + b;
}

int main()
{
	cout << func2(10) << endl;
	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（函数类型）{ }

在现阶段函数的占位参数存在意义不大，但是后面的课程中会用到该技术

示例：

//函数占位参数，占位参数也可以有默认参数
void func(int a, int)
{
	cout << "this is func" << endl;
}
int main()
{
	func(10, 10);//占位参数必须填补

	system("pause");

}

3.3 函数重载

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

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

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

//函数返回值不能作为函数重载条件
//int func(double a,int b)
//{
//	cout << " func(double a,int b)" << endl;
//}

int main()
{
	//func()
	func(10);
	func(3.14);
}

作用：函数名可以相同，提高复用性

3.3.1函数重载满足条件：

1，同一个作用域下

2，函数名相同

3，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

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

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

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

//函数返回值不能作为函数重载条件
//int func(double a,int b)
//{
//	cout << " func(double a,int b)" << endl;
//}

int main()
{
	//func()
	func(10);
	func(3.14);
}

3.3.2 函数重载注意事项

1，引用作为重载条件

2，函数重载碰到函数默认条件

示例：

// 函数重载注意事项
//1，引用作为重载条件
void func(int& a)
{
	cout << "func(int &a)的调用" << endl;
}

void func(const int& a)
{
	cout << "func(int &a)的调用" << endl;
}
//2，函数重载碰到函数默认条件
void func2(int a, int b = 10)
{
	cout << "func2(int a,int b = 10)调用" << endl;
}

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

int main()
{
	int a = 10;
	//func2(a);//调用无const
	//func2(10);//调用有const

	//func2(10);//碰到默认参数产生歧义，需要避免

	system("pause");
	return 0;
}