C++學習筆記（五）（內存分區，引用，函數）

本筆記主要來源於教程https://www.bilibili.com/video/av41559729?p=1

C++核心編程

本階段主要針對C++面向對象編程技術做詳細講解，探討C++中的核心和精髓。

1 內存分區模型

C++程序在執行時，將內存大方向劃分爲4個區域

• 代碼區：存放函數體的二進制代碼，由操作系統進行管理的
• 全局區：存放全局變量和靜態變量以及常量
• 棧區：由編譯器自動分配釋放，存放函數的參數值，局部變量等
• 堆區：由程序員分配和釋放，若程序員不釋放，程序結束時由操作系統回收

內存四區意義：
不同區域存放的數據，賦予不同的聲明週期，給我們更大的靈活編程

1.1 程序運行前

在程序編譯後，生成了exe可執行程序，未執行該程序前分爲兩個區域
代碼區：
    存放CPU執行的機器指令
    代碼區是共享的，共享的目的是對於頻繁被執行的程序，只需在內存中有一份代碼即可
    代碼區是只讀的，使其只讀的原因是防止程序意外地修改了它的指令
全局區：
    全局變量和靜態變量存放在此
    全局區還包含了常量區，字符串常量和其他常量也存放在此
    該區域的數據在程序結束後由操作系統釋放

寫在函數體內的變量爲局部變量，在函數體外定義的變量爲全局變量，全局變量和局部變量的地址不在同一段內。
靜態變量： 在普通變量前面加static static int a=10;   同樣存放在全局區中

常量分爲字符串常量（在“ "中）和const修飾的變量，const修飾的變量又分爲const修飾的全局變量（全局常量）和const修飾的局部變量（局部常量）
全局變量，靜態變量，常量（字符串常量，const修飾的全局變量（全局常量））在全局區中

1.2 程序運行後

棧區：
    由編譯器自動分配釋放，存放函數的參數值（形參），局部變量等
    注意事項：不要返回局部變量的地址，棧區開闢的數據由編譯器自動釋放。

堆區：
    由程序員分配釋放，若程序員不釋放，程序結束時由操作系統回收
    在C++中主要利用new在堆區開闢內存。

int *func()
{
     //利用new關鍵字，可以將數據開闢到堆區
    //指針本質也是局部變量，放在棧上（即地址存放在棧上），指針保存的數據是放在堆區（通過地址來訪問數據）
    int *p= new int(10);
    return p;
}

int main()
{  

    //在堆區開闢數據
    int *p = func();

    cout << *p << endl;
    system("pause");
    return 0;

}

1.3 new操作符

    C++中利用new操作符在堆區開闢數據
    堆區開闢的數據，由程序員手動開闢，手動釋放，釋放利用操作符delete
    語法 new 數據類型;
    利用new創建的數據，會返回數據對應的類型的指針

#include< iostream>
using namespace std;

  //new的基本語法
int *func()
{
    //在堆區創建整型數據
    //new返回的是該數據類型的指針
    int *p=new int(10);
    return p;
}
void test01()
{
    int*p = func();
    cout << *p << endl;
    cout << *p << endl;
    cout << *p << endl;
    //堆區的數據，由程序員管理開闢，程序員管理釋放
    //如果想釋放堆區的數據，用關鍵字delete
    delete p;
    cout << *p << endl;//會報錯
}

//2.在堆區利用new開闢數組
void test02()
{
    //創建10整型數據的數組
    int *arr=new int[10];//10代表數組有十個元素
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        arr[i] = i + 100;//給10個元素賦值100~109
    }
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        cout << arr[i] << endl;

    }
    //釋放堆區數組
    //釋放數組時，要加[]纔可以
    delete[]arr;
}

int main()
{  
    //test01();
    test02();
    system("pause");
    return 0;

}

2 引用

2.1 引用的基本使用

作用：給變量起別名
語法： 數據類型 &別名=原名

    int a = 10;
    int &b = a;
    b = 100;
    cout << "a= "<< a << endl;
    cout << "b= "<< b << endl;

改變b的值a的值也會改變

2.2 引用注意事項

• 引用必須要初始化  （int &b；是錯誤的）
• 引用在初始化後，不可以改變   b作爲a的別名時就不可以做c的別名

2.3 引用做函數參數

作用：函數傳參時，可以利用引用的技術讓形參修飾實參
優點：可以簡化指針修改實參

void mySwap01(int a,int b)
{
    int temp = a;
    a = b;
    b = temp;
    cout << "Swap01a= " << a << endl;
    cout << "Swap01b= " << b << endl;

}
//2.地址傳遞
void mySwap02(int*a, int*b)
{
    int temp = *a;
    *a = *b;
    *b = temp;
    cout << "Swap02a= " << *a << endl;
    cout << "Swap02b= " << *b << endl;
}

//3.引用傳遞
void mySwap03(int&a,int&b)
{
    int temp = a;
    a = b;
    b = temp;
    cout << "Swap03a= " << a << endl;
    cout << "Swap03b= " << b << endl;
}

int main()
{  
    int a = 10, b = 20;
    //mySwap01(a, b);//值傳遞，形參不會修飾實參
    //mySwap02(&a,&b);//地址傳遞形參會修飾實參
    mySwap03(a, b);//引用傳遞，形參會修飾實參

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


    system("pause");
    return 0;

}

2.4 引用做函數返回值

作用：引用是可以作爲函數的返回值存在的

注意：不要返回局部變量引用
用法：函數調用作爲左值

//引用做函數返回值
//1.不要返回局部變量的引用
int& test01()
{
    int a = 10;//局部變量 存放在四區中的 棧區
    return a;

}

//2.函數的調用可以作爲左值
int& test02()
{
    static int a = 10;//靜態變量，存放在 全局區，全局區上的數據在程序結束後系統釋放
    return a;
}
int main()
{  
    int &ref = test01();

    cout << "ref= " << ref << endl;//第一次結果正確是因爲編譯器做了保留
    cout << "ref= " << ref << endl;//第二次結果錯誤因爲a的內存已經釋放

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

    test02() = 1000;//如果函數的返回值是引用，這個函數的調用可以作爲左值

    cout << "ref2= " << ref2 << endl;
    cout << "ref2= " << ref2 << endl;

    system("pause");
    return 0;

}

2.5 引用的本質

本質：引用的本質在C++內部實現是一個指針常量（指向不可以改，指向的值可以改）

//發現是引用，轉換爲int* const ref=&a
void func(int& ref)
{
    ref = 100;//ref是引用，轉換爲*ref=100
}
int main()
{  
    int a = 10;

    //自動轉換爲 int* const ref=&a;指針常量是指針指向不可以變，也說明爲什麼引用不可更改
    int& ref = a;
    ref = 20;//內部發現ref是引用，自動幫我們轉換爲*ref=20；

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

    func(a);
    cout << "a= " << a << endl;
    cout << "ref= " << ref << endl;


    system("pause");
    return 0;

}

結論：C++推薦用引用技術，因爲語法方便，引用本質是指針常量，但是所有的指針操作編譯器都幫我們做了

2.6 常量引用

作用：常量引用主要用來修飾形參，防止誤操作

在函數形參列表中，可以加const修飾形參，防止形參改變實參

//打印數據函數
void showValue( const int &val)
{
    //val = 1000; //加了const不允許修改，防止誤操作
    cout << "val= " << val << endl;
}
int main()
{  
    //常量引用
    //使用場景：用來修飾形參，防止誤操作
    //int &refs = 10;//會報錯，引用必須引用一塊合法的內存空間

    //加上const之後 編譯器將代碼修改 int temp=10; const int &ref=temp;
    //const int &ref = 10;
    //ref = 20;//報錯，加入const之後變爲只讀狀態，不可以修改


    int a = 100;
    showValue(a);
    cout << "a=" << a << endl;

    system("pause");
    return 0;

}

3 函數提高

3.1 函數默認參數

在C++中，函數的形參列表中的形參是可以有默認值的。
語法： 返回值類型 函數名 （參數=默認值）{}

//函數默認參數
//如果我們自己傳入數據，就用自己的，如果沒有，那麼用默認值
//語法： 返回值類型  函數名稱（形參=默認值）{}
int func(int a,int b=20,int c=30)
{
    return a + b + c;
}
//注意事項
//1.如果某個位置已經有了默認參數，那麼從這個位置往後，從左到右都必須有默認值

//2.如果函數聲明有默認參數，函數實現就不能有默認參數
//聲明和實現只能有一個默認參數
int func2(int a = 10, int b = 10);

int func2(int a=10 , int b=10 )//報錯，不能重定義默認參數
{
    return a + b;
}
int main()
{  
    //cout << func(10) << endl;
    cout << func2(10,10 )<< endl;
    system("pause");
    return 0;

}

3.2 函數佔位參數

C++中函數的形參列表裏可以有佔位參數，用來做佔位，調用函數時必須填補該位置

語法：  返回值類型 函數名（數據類型）{}

在現階段函數的佔位參數意義不大，但是後面的課程中會用到該技術

//佔位參數
//返回值類型 函數名（數據類型）{}
//佔位參數，還可以有默認參數
void func(int a,int=10)
{
    cout << "this is func " << endl;
}

int main()
{  
    func(10);
    system("pause");
    return 0;

}

3.3 函數重載

3.3.1 函數重載描述

作用： 函數名可以相同，提高複用性

函數重載滿足條件：

• 同一個作用域下
• 函數名稱相同
• 函數參數類型不同，或者個數不同或者順序不同

注意：函數的返回值不可以作爲函數重載的條件

//函數重載
//可以讓函數名相同，提高複用性


//函數重載的滿足條件
//1.同一個作用域下
//2.函數名稱相同
//3.函數參數類型不同，或者個數不同，或者順序不同
void func()
{
    cout << "func 的調用" << endl;
}

void func(int a)
{
    cout << "func(int a) 的調用" << endl;
}
void func(double a)
{
    cout << "func(double a) 的調用" << endl;
}
void func(int a,double b)
{
    cout << "func(int a,double b) 的調用" << endl;
}
void func(double a,int b)
{
    cout << "func(double a,int b) 的調用" << endl;
}

//注意事項：函數的返回值不可以作爲函數重載的條件
//int func(double a, int b)//報錯，無法重載
//{
//  cout << "func(double a,int b) 的調用" << endl;
//}
int main()
{  
    func();
    func(10);
    func(3.14);
    func(10, 3.14);
    func(3.14, 10);
    system("pause");
    return 0;

}

3.3.2 函數重載注意事項

• 引用作爲重載條件
• 函數重載碰到函數默認參數

//函數重載注意事項
//1.引用作爲重載的條件
void func(int &a)//int &a=10：不合法
{
    cout << "func(int &a) 調用" << endl;
}
void func(const int &a)//const int &a=10：合法
{
    cout << "func(const int &a) 調用" << endl;
}
//2.函數重載碰到默認參數
void func2(int a,int b=10)
{
    cout << "func2(int a,int b)的調用" << endl;
}
void func2(int a)
{
    cout << "func2(int a)的調用" << endl;
}
int main()
{  
    int a = 10;
    func(a);//調用無const
    func(10);//調用有const
    func2(10);//當函數重載碰到默認參數，會出現二義性，報錯，儘量避免這種情況


    system("pause");
    return 0;

}

 
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