c++核心

C++内存管理与函数高级技巧
原创 已于 2022-10-23 21:53:57 修改 · 847 阅读 · 1 ·
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#c++ #开发语言 #c语言

于 2022-05-04 11:42:00 首次发布

文章目录

1.内存分区模型

c++程序执行时，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
  • 全局区：存放全局变量和静态变量以及常量
  • 栈区：有编译器自动分配和释放，存放函数体的参数值和局部变量等
  • 堆区：由程序猿分配和释放，若程序猿不释放，程序结束时由操作系统回收

内存四个区域的意义：
不同的区域存放不同的数据，给数据赋予不同的生命周期，更加灵活方便的编程。

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的修改了它的指令

全局区：
存放全局变量和静态变量
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
在这里插入图片描述

#include<iostream>
using namespace std;
//全局变量
int g_a = 12;
int g_b = 15;
//const修饰的全局变量，全局常量
const int c_g_a = 10;
const int c_g_b = 10;
int main() {
	//全局变量、静态变量、常量

	//创建普通局部变量
	int a = 14;
	int b = 23;

	cout << "局部变量a的地址为：" << (int)&a << endl;
	cout << "局部变量a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，在普通变量前面加static，属于静态变量
	static int s_a = 10;
	static int s_b = 10;
	cout << "静态变量s_a的地址为：" << (int)&s_a << endl;
	cout << "静态变量s_b的地址为：" << (int)&s_b << endl;

	//常量
	//字符串常量
	cout << "字符串常量的地址为" << (int)&"hello world" << endl;
	//const修饰的变量
	//const修饰的全局变量，const修饰的局部变量
	cout << "全局常量c_g_a的地址为：" << (int)&c_g_a << endl; 
	cout << "全局常量c_g_a的地址为：" << (int)&c_g_b << endl;
	//局部常量
	const int c_l_a = 10;
	const int c_l_b = 10;
	cout << "局部常量c_l_a的地址为：" << (int)&c_l_a << endl;
	cout << "局部常量c_l_b的地址为：" << (int)&c_l_b << endl;
	//
}

在这里插入图片描述

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：不要返回局部变变量的地址，栈区开辟的数据由编译器自动释放。

#include<iostream>
using namespace std;

//栈区数据注意事项：不要返回局部变量的地址
//栈区的数据有编译器管理开辟和释放
int* func() {
	int a = 10;//局部变量，存在栈区，栈区的数据在函数执行完毕后自动释放
	return &a;//不要返回局部变量内存地址
}
int main() {
	//接收func函数的返回值
	int* p = func();
	cout << *p << endl;
	cout << *p << endl;
	system("pause");
	return 0;

}

堆区：
由程序猿分配释放，若程序猿不释放，程序结束后由操作系统进行回收
在c++中主要利用new在堆区中开辟内存
在这里插入图片描述

#include<iostream>
using namespace std;

int *  func() {
	//利用new关键字可以将数据开辟到堆区域
	int* p = new int(10);
	return p;
}

int main() {
	//在堆区开辟数据
	//指针本质也是局部变量，也是放在栈上，指针保存的数据是放在堆区的数据的地址编号
	int* p = func();
	cout << *p << endl;
	system("pause");
	return 0;
}

1.3 new操作符

C++中使用new操作符在堆区中开辟数据
堆区开辟的数据，由程序猿手动开辟，手动释放，释放利用操作符delete

#include<iostream>
using namespace std;

//1.new的基本语法
int* func() {
	//在堆区创建整形的数据
	//new返回的是该数据类型的指针
	int* p = new int(10);
	return p;
}
//2.在堆区利用new开辟数组
void test2() {
	//创建10整形数据的数组，在堆区
	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;//给十个元素赋值
	}
	for (int i = 0; i < 10; i++) {
		cout << arr[i] << endl;
	}
	//释放堆区的数组
	//释放数组的时候要加[]
	delete[] arr;
}
int main() {

	int* p = func();
	cout << *p << endl;
	cout << *p << endl;
	cout << *p << endl;
	//堆区的数据由管理员开辟和释放
	//如果想释放堆区数据，利用关键字delete
	//delete p;
	cout << *p << endl;

	test2();
	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

#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;
	int& b = a;

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

	b = 1023;
	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;
}

2.2 引用的注意事项

  1. 引用必须要初始化
  2. 引用一旦初始化后，就不可以更改了
#include<iostream>
using namespace std;

int main() {
	int a = 10;
	
	//1. 引用必须要初始化
	int &b = a;
	//2. 引用一旦初始化后，就不可以更改了
	int c = 20;
	b = c;//赋值操作，而不是改引用

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

在这里插入图片描述

2.3 引用做函数参数

作用： 函数传参时，可以使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

#include<iostream>
using namespace std;
//交换函数
//1.值传递
void mySwap01(int a, int b) {
	int temp = a;
    a = b;
	b = temp;

	cout << "mySwap01: a = " << a << endl;
	cout << "mySwap01:b = " << b << endl;
}
//2.地址传递
void mySwap02(int* a, int* b) {
	int temp = *a;
	*a = *b;
	*b = temp;
	cout << "mySwap02: a = " << *a << endl;
	cout << "mySwap02:b = " << *b << endl;
}

//3.引用传递
void mySwap03(int &a,int &b) {
	int temp = a;
	a = b;
	b = temp;
	cout << "mySwap01: a = " << a << endl;
	cout << "mySwap01:b = " << b << endl;
}
int main() {
	int a = 20;
	int b = 30;
	mySwap03(a, b);//引用传递，形参也会修饰实参

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

}

2.4 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： 引用调用作为左值

示例：

#include<iostream>
using namespace std;
//引用作为函数的返回值
//1.不要返回局部变量的引用
int& test01() {
	int a = 10;//局部变量存在在四区中栈区
	return a;
}

//2.函数的调用可以作为左值
int& test02() {
	static int a = 10;//静态变量存在在全局区，全局区的数据在程序结束后由系统自动释放
	return a;
}
int main() {
	int& ref = test01();
	cout << "ref = " << ref << endl;
	cout << "ref = " << ref << endl;

	int& ref2 = test02();
	cout << "ref2 = " << ref2 << endl;
	cout << "ref2 = " << ref2 << endl;

	//函数的调用作为左值
	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 << "ref2 = " << ref2 << endl;
	cout << "ref2 = " << ref2 << endl;
	system("pause");
	return 0;
	
}

在这里插入图片描述

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

引用一旦初始化吉不能改变，原因是引用的本事是一个const修饰的指针常量，由于使用const修饰，所以不能改变。

结论： c++推荐使用引用技术，因为语法方便，引用的本质是指针常量，但是所有指针的从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;
//打印数据
void showVale(const int& val) {
	cout << "vale = " << val << endl;
}
int main() {
	//常量引用
	//使用场景：用来修饰形参，防止误操作

	//int a = 10;
	//加上const后 编译器将代码修改， 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,加入const之后变为只读，不可修改

	int a = 1000;
	showVale(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;
//函数默认参数
//如果传入了数据，就用传入的值，如果没有传入，则用默认值
int func(int a, int b = 20, int c = 30) {
	return a + b + c;
}
//注意事项：
//1、如果某个位置已经有了默认参数，那么这个位置往后从左到右的参数都必须有默认值
//2、如果函数的申明有了默认参数，则函数的实现不能有默认参数,申明和实现只能有一个有默认参数
int func2(int a = 10 , int b = 109 );

int func2(int a, int b ) {
	return a + b;
}


int main() {
	int result = func(10,50);
	int result2 = func2(10, 10);
	cout << "结果为：" << result << endl;
	cout << "结果为：" << result2 << endl;
	system("pause");
}

3.2 函数占位参数

C++中函数的形参列表可以有占位参数，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）{}

示例：

#include<iostream>
using namespace std;
//函数占位参数，占位参数也可以有默认值
//目前阶段的占位参数 我们还用不到，后面课程会用到
//占位参数还可以有默认参数
void func(int a, int = 10) {
	cout << "this is function!\n";
}
int main() {
	func(10);
	system("pause");
}

3.3 函数重载

3.3.1 函数重载概述

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：

3.3.2 函数重载注意事项
  1. 引用作为函数重载
  2. 函数重载碰到函数默认参数
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

//函数重载的注意事项
//1.引用作为函数重载的条件
void func(int& a) {//int &a = 10 不合法
    cout << "函数func(int& a)调用" << endl;
}

void func(const int& a) {//const int  &a = 10;
    cout << "函数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 << "函数func2(int a,int b)调用" << endl;
}

void func2(int a) {
    cout << "函数func2(int a)调用" << endl;
}
int main() {
    //int a = 10;
    //func(a);

    //func(10);

    func2(10, 20);//当函数重载遇到默认参数，会出现二义性，报错，尽量避免这种情况
    system("pause");
}

4.类和对象

c++面向对象的三大特性：封装、继承、多态
c++认为完事万物接对象，对象上有其属性和行为

4.1 封装

4.1.1 封装的意义

封装是C++面向对象三大特性之一
封装的意义：

  • 将属性和行为作为一个整体，表现生活中的事务
  • 将属性和行为加以权限控制

封装的意义：
在设计类的时候，属性和行为写在一起，表现事务
语法：

class 类名{
	访问权限:属性/行为
}

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