【C++】学习笔记[六]

一、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

内存分区的意义：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。

（一）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

练习代码如下：

#include <iostream>
using namespace std;

//创建全局变量
int g_a = 10;
int g_b = 10;

//const修饰的全局变量
const int cg_a = 10;
const int cg_b = 10;

static int sg_a = 10;

int main()
{
	//创建普通局部变量
	int a = 10;
	int b = 10;
	cout << "局部变量a的地址为:" << (int)&a << endl;
	cout << "局部变量b的地址为:" << (int)&b << endl;

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

	//静态变量
	static int s_a = 10;
	static int s_b = 10;
	cout << "静态局部变量s_a的地址为:" << (int)&s_a << endl;
	cout << "静态局部变量s_b的地址为:" << (int)&s_b << endl;
	cout << "静态全局变量sg_a的地址为:" << (int)&sg_a << endl;


	//常量分为1、字符串常量  2、const修饰的常量
	cout << "字符串常量的地址为：" << (int)&"abcde" << endl;
	cout << "const修饰的全局常量cg_a的地址为：" << (int)&cg_a << endl;
	cout << "const修饰的全局常量cg_b的地址为：" << (int)&cg_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c_l_a 的地址为：" << (int)&c_l_a << endl;
	cout << "const修饰的局部变量c_l_b 的地址为：" << (int)&c_l_b << endl;

	
	return 0;
}

本段代码运行结果如下：

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
• 全局区存放全局变量、静态变量和常量
• 常量区存放const修饰的全局常量和字符串常量

（二）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

示例代码如下：

#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 a = 10;//局部变量a存放在栈区，栈区数据在函数执行完之后自动释放
	return &a;
}

int main()
{
	int* p = func();//接收func函数的返回值
	cout << "a的地址为：" << *p << endl;//输出10是因为第一次打印的时候，编译器为局部变量a的地址做了保留
	cout << "a的地址为：" << *p << endl;//第二次这个数据就不会做保留了

	return 0;
}

上段代码运行结果如下：

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

练习代码如下：

#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存放在栈上，指针所保存的数据存放在堆上
	int* p = new int(10);
	return p;
}

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

	return 0;
}

（三）new操作符

• C++中可以利用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
• 利用new创建的数据，会返回该数据对应的类型和指针

练习代码如下：

#include <iostream>
using namespace std;

//1、new的基本语法
int* func()
{
	//在堆区创建一个整型数据
	int* p = new int(10);
	return p;
}
void test01()
{
	int* p = func();
	cout << *p << endl;
	delete p;//内存被释放
	//cout << *p << endl;//error,内存已经被释放了，会出错
}

//2、在堆区利用new开辟数组
void test02()
{
	//创建10个整型数据的数组
	int* arr = new int[10];//10代表数组有10个元素
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		arr[i] = i + 100;
	}

	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		cout << arr[i] << " ";
	}
	cout << endl;

	delete[] arr;//释放数组
}

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

二、引用

（一）引用的作用及注意事项

作用：给变量起别名

练习代码如下：

#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
	//引用的基本语法
	int a = 10;
	int& b = a;
	cout << "a=" << a << endl;
	cout << "b=" << b << endl;

	b = 100;//对引用的修改直接会对这个变量的修改
	cout << "a=" << a << endl;
	cout << "b=" << b << endl;
	return 0;
}

注意事项

• 引用必须初始化
• 引用在初始化之后，不可以改变

练习代码如下：

#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
	//引用必须要初始化
	int a = 10;
	int& b = a;//true
	//int& b;//error

	int c = 20;
	//引用在初始化后，不可以被改变
	b = c;//赋值操作

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

	return 0;
}

（二）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

练习代码如下：

#include <iostream>
using namespace std;

//交换函数

//值传递
void Swap01(int a, int b)
{
	int tmp = a;
	a = b;
	b = tmp;

	cout << "swap01a=" << a << endl;
	cout << "swap01b=" << b << endl;
}

//地址传递
void Swap02(int* a, int* b)
{
	int tmp = *a;
	*a = *b;
	*b = tmp;

	cout << "swap02a=" << *a << endl;
	cout << "swap02b=" << *b << endl;
}

//引用传递
void Swap03(int& a, int& b)
{
	int tmp = a;
	a = b;
	b = tmp;

	cout << "swap03a=" << a << endl;
	cout << "swap03b=" << b << endl;
}
int main()
{
	int a = 10;
	int b = 20;

	Swap01(a, b);//值传递 形参不会修饰实参
	cout << "a=" << a << endl;
	cout << "b=" << b << endl;

	a = 10;
	b = 20;
	Swap02(&a, &b);//地址传递，形参会修饰实参
	cout << "a=" << a << endl;
	cout << "b=" << b << endl;

	a = 10;
	b = 20;
	Swap03(a, b);//引用传递，形参会修饰实参
	cout << "a=" << a << endl;
	cout << "b=" << b << endl;

	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，引用的语法更为清楚和简单。

（三）引用做函数的返回值

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

练习代码如下：

#include <iostream>
using namespace std;

//引用做函数返回值：
//1、不要返回局部变量引用
int& test01()
{
	int a = 10;
	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一个引用，这个函数调用可以作为左值
	cout << "ref=" << ref << endl;
	cout << "ref=" << ref << endl;


	//int& ref = test01();
	//cout << "ref=" << ref << endl;//10 编译器做了保留
	//cout << "ref=" << ref << endl;//乱码，因为a的内存已经释放了
	return 0;
}

（四）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

案例代码如下：

#include <iostream>
using namespace std;

//编译器发现是引用，自动转换为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改，也说明为什么引用不可更改
	int& ref = a;
	ref = 20;//自动转换为 *ref=20;

	cout << "a:" << a << endl;
	cout << "ref:" << ref << endl;

	return 0;
}

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

（五）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】

案例代码如下：

#include <iostream>
using namespace std;

//打印数据
void ShowValue(int& val)
{
	val = 1000;
	cout << "val=" << val << endl;
}

void ShowValue01(const int& val)
{
	//val = 1000;//error  cosnt修饰的无法被修改
	cout << "01val=" << val << endl;
}

int main()
{
	int a = 10;
	//int& ref = 10;//error 引用必须引用一块合法的内存空间
	const int& ref = 10;//error 加const之后，编译器将代码修改为 int tmp=10;const int& ref=tmp;
	//ref = 20;//error 有了const修饰之后变为只读，不可修改

	ShowValue(a);
	cout << "a=" << a << endl;//a被ShowValue()函数修改成了1000

	a = 10;
	ShowValue01(a);
	cout << "01a=" << a << endl;//实参a无法被改变

	return 0;
}

✨✨✨
加油喔！！！