【C++笔记】第二阶段：C++核心编程

1 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

内存四区意义：

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

1.1 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.
示例：

//全局变量
int g_a = 10;
int g_b = 10;

//全局常量
const int c_g_a = 10;
const int c_g_b = 10;

int main() {

	//局部变量
	int a = 10;
	int b = 10;

	//打印地址
	cout << "局部变量a地址为： " << (int)&a << endl;
	cout << "局部变量b地址为： " << (int)&b << endl;

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

	//静态变量
	static int s_a = 10;
	static int s_b = 10;

	cout << "静态变量s_a地址为： " << (int)&s_a << endl;
	cout << "静态变量s_b地址为： " << (int)&s_b << endl;

	cout << "字符串常量地址为： " << (int)&"hello world" << endl;
	cout << "字符串常量地址为： " << (int)&"hello world1" << endl;

	cout << "全局常量c_g_a地址为： " << (int)&c_g_a << endl;
	cout << "全局常量c_g_b地址为： " << (int)&c_g_b << endl;

	const int c_l_a = 10;
	const int c_l_b = 10;
	cout << "局部常量c_l_a地址为： " << (int)&c_l_a << endl;
	cout << "局部常量c_l_b地址为： " << (int)&c_l_b << endl;

	system("pause");

	return 0;
}

打印结果：

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

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：

int * func()
{
	int a = 10;
	return &a;
}

int main() {

	int *p = func();

	cout << *p << endl;
	cout << *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回收

​ 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 << *p << endl;
	cout << *p << endl;
    
	system("pause");

	return 0;
}

总结：

堆区数据由程序员管理开辟和释放

堆区数据利用new关键字进行开辟内存

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，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

示例1： 基本语法

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

int main() {

	int *p = func();

	cout << *p << endl;
	cout << *p << endl;

	//利用delete释放堆区数据
	delete p;

	//cout << *p << endl; //报错，释放的空间不可访问

	system("pause");

	return 0;
}

示例2：开辟数组

//堆区开辟数组
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;
	}
	//释放数组 delete 后加 []
	delete[] arr;

	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(){

	int a = 10;
	int &b = a;

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

	b = 100;

	cout << "a = " << a << endl;  // 打印输出100
	cout << "b = " << b << endl;  // 打印输出100

	system("pause");
	return 0;
}

2.2 引用的注意事项

1.引用必须初始化
2.引用在初始化后，不可以改变。如果使用引用去指向其他的原名，实际做的是赋值操作

示例：

#include<iostream>
using namespace std;

int main() {

	int a = 10;
	int b = 20;
	//int &c;  // 错误引用必须初始化
	int &c = a; // 一旦初始化，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： 函数传参时，可以利用引用技术让形参修饰实参
优点： 可以简化指针修改实参

示例：

#include<iostream>
using namespace std;

// 1、值传递
void swap01(int a, int b)
{
	int temp = a;
	a = b;
	b = temp;
	cout << "swap01 a = " << a << endl;
	cout << "swap01 b = " << b << endl;
}

///2、地址传递
void swap02(int *a, int *b)
{
	int temp = *a;
	*a = *b;
	*b = temp;
}

//3、引用传递（定义引用作为形参的交换函数）
void swap03(int& a, int& b)
{
	int temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}

int main()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
//	swap01(a, b);  // 值传递，形参不会修饰实参
//	swap02(&a, &b);  // 地址传递，形参会修饰实参的
	swap03(a, b);    // 引用传递，形参会修饰实参的
	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;
	system("pause");
	return 0;
}

2.4 引用做函数的返回值

作用： 引用可以作为函数的返回值存在的。
注意：
1.不要返回局部变量的引用，局部变量存放在栈区，在函数执行完成后内存就会被释放
2.函数的调用可以做为左值，前提是返回值的生命周期大于函数的生命周期，即函数执行完后还能继续在内存中找到该返回值。可以使用静态变量，因为静态变量存在于全局区，全局区由系统释放内存，函数执行完后不会被释放。
用法： 函数调用作为左值

示例：

#include<iostream>
using namespace std;

// 引用做函数的返回值 
// 返回局部变量引用
int& test01()
{
	int a = 10;  // 局部变量存放在四区中的 栈区
	return a;
}

// 函数的调用可以作为左值
// 返回静态变量引用
int& test02()
{
	static int a =20;
	return a;
}

int main() {

	// 不能返回局部变量引用
	int& ref1 = test01();
	cout << "ref1=" << ref1 << endl;//第一次结果正确，是因为编译器做了保留
	cout << "ref1=" << ref1 << endl;//输出乱码，内存被释放

	// 如何函数作为左值，那么必须返回引用
	int& ref2 = test02();   // ref2是a的别名
	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;
}

2.5 引用的本质

引用的本质是在c++内部实现是一个指针常量。
示例：

#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，转换为 *ref = 100
}



int main() {

	int a = 10;
	
	// 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更改

	int& ref = a;
	ref = 20;  // 内部发现ref是引用，自动转换为： *ref = 20;
	cout << "a = " << a << endl;    // 打印输出 20
	cout << "ref = " << ref << endl; // 打印输出 20

	func(a);
	cout << "fun(a) ref = " << ref <<endl;    // 打印输出 100
	
	system("pause");
	return 0;
}

结论：C++推荐用引用技术，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

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，可以加const修饰形参，防止形参改变实参。
示例：

#include<iostream>
using namespace std;


void showValue(const int& val)  // 如果此处不使用常量引用作为形参，那么
{
	//val = 1000;              // 函数中可以修改实参的值，从而导致实参的值发生改变，影响程序预期结果
	cout << "val=" << val << endl;
}

int main() {


	// 加上const之后，编辑器将代码修改  int temp = 10; const int & ref = temp;
	// const int & ref = 10; // 引用必须引一块合法的内存空间，不加const赋值具体的数值报错
	// ref = 20; // 加入const之后变为只读，不可以修改

	int a = 100;

	showValue(a);
	cout << "a=" << a << endl;

	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可以有默认值的。
语法：返回值类型 函数名 （参数 = 默认值）{ }

示例：

#include<iostream>
using namespace std;

int func(int a, int b = 10, int c = 10)
{
	return a + b + c;
}

// 1.如果某个位置参数有默认值，那么从这个位置往后，从左往右，必须都要有默认值
//int func(int a, int b = 10, int c)   // 错误使用方法
//{
//	return a + b + c;
//}

// 2.如果函数声明有默认值，函数实现的时候就不能有默认参数
//  声明和实现只能有一个默认参数

int func2(int a = 10, int b = 10); // 函数声明

int func2(int a, int b)   // int func2(int a = 10, int b = 10)不能和声明相同，出现二义性
{
	return a + b;
}

int main() {

	cout << "ret = " << func(20, 20) << endl;
	cout << "ret = " << func(100) << endl;
	cout << "func2 " << func2(50) << endl;

	system("pause");
	return 0;
}

3.2 函数的占位参数

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 （数据类型）{}

示例：

#include<iostream>
using namespace std;

// 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");
	return 0;
}

3.3 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 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

示例：

#include<iostream>
using namespace std;

// 函数重载需要函数在同一个作用域下
void func()
{
	cout << "func的调用！" << endl;
}

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

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

// 函数返回值不可以作为函数重载条件
//int func(double a, int b)
//{
//	cout << "func(double a, int b)的调用！" << endl;
//}

int main() {

	func();
	func(10);
	func(3.14);
	func(10, 3.14);
	func(3.14, 10);


	system("pause");
	return 0;
}

3.4 函数重载注意事项

• 引用作为重载条件
• 函数重载碰到函数默认参数

示例：

#include<iostream>
using namespace std;

// 1.引用作为重载条件
void func(int &a)   // int &a = 10; 不合法（语法不通过，10在常量区）；引用必须引一块合法的内存空间，不加const赋值具体的数值报错
{
	cout << "func(int &a) 调用 " << endl;
}

void func(const int &a)   // const int &a = 10; 合法
{
	cout << "func(const int &a) 调用 " << endl;
}

// 2.函数重载碰到函数默认参数
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;
	func(a);  // 调用无const的函数    a为变量可读可写 
	func(10); // 调用有const的函数    只能读

	//func2(10);   // 碰到默认参数产生歧义，需要避免

	system("pause");
	return 0;
}

4 类和对象

C++核心编程：（4）类和对象

5 文件操作

C++核心编程：（5）文件操作