Cpp基础语法（二）

1.内存的分区模型

Cpp程序在执行时，将内存大方向划分为4个区域：代码区、全局区、栈区、堆区

• 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、静态变量、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进行回收

内存分区的意义：不同区域存放的数据，赋予了不同的生命周期，给我们更大的灵活编程

（1）代码区：

代码区主要存放了CPU执行的机器指令。

代码区内容是共享的，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

代码区内容是只读的，目的是防止程序意外的修改了它的指令

（2）全局区：

全局区主要存放了全局变量、静态变量（static）、及常量

全局区的数据在程序结束后由操作系统控制释放（生命周期由操作系统管理）

注意：代码区域全局区的概念是在代码运行前就有的概念，而栈区和堆区是在程序运行后才有的概念

（3）栈区：

栈区由编译器自动分配释放，主要存放内容是函数的参数值、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（生命周期结束）

（4）堆区imp：

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进行回收。

在C++中主要使用new关键字在堆区进行内存的开辟。

（5）new操作符：

C++中利用new操作符在堆区开辟内存，利用操作符delete释放堆区内存；

语法：new 数据类型，利用new创建的数据，会返回该数据相应类型的指针

#include
using namespace std;

int * func() {
    //利用new关键字在堆区开辟内存，返回地址
    //指针本质也是局部变量，放在栈上，指针保存的数据是放在堆区
    int * p = new int(10);
    return p;
}

//1.new的基本语法
void test01() {
    int *p = func();
    cout << *p << endl;
    cout << *p << endl;
    cout << *p << endl;
    //释放变量堆区内存
    delete p;
    cout << *p << endl;
}

//2.在堆区中开辟一个数组
void test02() {
    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] << endl;
    }
    //释放数组堆区内存
    delete[] arr;
}

int main() {
    //1.new的基本语法
    test01();
    //2.在堆区利用new开辟数组
    test02();
    system(\"pause\");
    return 0;
}

2.C++中的引用

（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
using namespace std;

int main(){
    int a = 10;
    //创建引用
    int &b = a;

    cout << \"a = \" << a << endl;
    cout << \"b = \" << b << endl;
    system(\"pause\");
    return 0;
}

注意：

1. 引用必须进行初始化（不允许出现int &b;）
2. 引用在初始化之后，便不可以再改变（c = b;赋值操作，不是在更改引用）

（2）引用做函数参数：

作用：函数传递参数时，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，

#include
using namespace std;

//交换函数
//1.值传递
void mySwap01(int a, int b) {
    int temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}
//2.地址传递(用指针接收地址)
void mySwap02(int *a, int *b) {
    int temp = *a;
    *a = *b;
    *b = temp;
}
//3.引用传递()
int mySwap03(int &a, int &b) {
    int temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

int main(){
    int a = 10;
    int b = 20;
    //mySwap01(a, b);//值传递，形参不会修饰实参
    //mySwap02(&a, &b);//地址传递，形参会修饰实参
    mySwap03(a, b);//引用传递，形参会修饰实参

    cout << \"a = \" << a << endl;
    cout << \"b = \" << b << 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效果，引用的语法更清楚简单。

（3）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

用法：函数调用作为左值

注意：

1. 不要返回局部变量引用
2. 函数的调用可以作为左值存在

#include
using namespace std;

//引用做函数返回值
//1.不要返回局部变量的引用
int& test01() {
    int a = 10;//局部变量存放在四区中的 栈区
    return a;
}
//2.函数的调用可以作为左值
int& test02() {
    static int a = 10;//静态变量存放在四区中的 全局区，全局区上的数据在程序结束后由系统释放
    return a;
}

int main(){
    //1.不要返回局部变量的引用
    int &ref = test01();//在test01中将a的别名进行返回，在main函数中使用ref接住
    //cout << \"ref = \" << ref << endl;//第1次结果可能会正确，是因为编译器做了保留
    //cout << \"ref = \" << ref << endl;//第2次结果错误，因为a的内存已经释放(非法操作)

    int &ref2 = test02();
    cout << \"ref2 = \" << ref2 << endl;//第1次结果可能会正确，是因为编译器做了保留
    cout << \"ref2 = \" << ref2 << endl;//第2次结果也是正确，只有在整个程序执行完后才会被释放

    //2.函数的调用可以作为左值
    test02() = 1000;//如果函数的返回值是引用，那么这个函数调用可以作为左值
    cout << \"ref2 = \" << ref2 << endl;
    cout << \"ref2 = \" << ref2 << endl;

    system(\"pause\");
    return 0;
}

（4）引用的本质：

本质：在C++内部实现的一个指针常量（一旦初始化后就不可发生改变）

#include
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;

    int& ref = a;//自动转换为int* const ref = &a; 指针常量是指针指向不可改变，也说明为什么引用不可改变
    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 << \"b : \" << b << endl;
    func(a);

    return 0;
}

注：C++推荐使用引用技术（语法方便），其本质是指针常量（所有的指针操作编译器都帮我们完成了）

（5）常量引用：

作用：常量引用主要用来修饰形参，防止误操作

语法：const 数据类型 &别名

注：在形参列表中可以使用const修饰形参，防止形参改变实参

#include
using namespace std;

//发现是引用，转换为 int* const ref = &a;
void showValue(const int &val) {
    cout << \"val = \" << val << endl;
}

int main() {
    //常量引用
    //使用场景：修饰形参，防止误操作

    /*
    int a = 10;
    int& ref = a;//1.引用必须应用一块合法的内存空间(栈区or堆区)，常量10在常量区(int& ref = 10;为非法)
    const int& ref = 10;//2.加上const之后 编译器可自动将代码修改为int temp = 10; const int& ref = temp;
    */
    int a = 100;
    showValue(a);
    cout << \"a = \" << a << endl;

    return 0;
}

3.函数高级

注：在C++中有更深的一种用法

（1）函数的默认参数：

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) {...}

注意：

1. 如果某个位置已经有了默认参数，那么从这个位置往后，从左到右都必须有默认值
2. 如果函数声明有默认参数，则函数实现就不能有默认参数（声明和实现只能有一个有默认参数）

#include
using namespace std;

//函数的默认参数,如果传入数据就用自己的数据，否则使用默认值
int func(int a, int b = 20, int c = 30) {
    return a + b + c;
}

/*注意:
1.如果某个位置已经有了默认参数，那么从这个位置往后，从左到右都必须有默认值
2.如果函数声明有默认参数，则函数实现就不能有默认参数
*/
int main() {
    cout << func(10, 100) << endl;
    system(\"pause\");
    return 0;
}

（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) {...}

注：在现阶段函数的占位参数存在的意义不大，但是后面的课程中会用到该技术。

#include
using namespace std;

//占位参数
//返回值类型 函数名(数据类型) {}
//目前阶段的占位参数还使用不到
void func(int a, int) {
    cout << \"this is func\" << endl;
}

int main() {
    func(10);
    return 0;
}

（3）函数重载：

作用：函数名可以相同，从而提高复用性

函数重载满足的条件：

1. 同一个作用域
2. 函数名称相同
3. 函数参数类型不同 or 参数个数不同 or 参数顺序不同

#include
using namespace std;

//函数重载:可以让函数相同，提高代码复用性
/*
函数重载的满足条件
1.函数都在同一个作用域下(这里为全局作用域)
2.函数名称相同
3.函数参数类型不同 or 参数个数不同 or 参数顺序不同
*/
void func() {
    cout << \"func 函数的调用\" << endl;
}

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

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

int main() {
    func();
    func(10);
    func(3.14);
    return 0;
}

注：函数的返回值不可以作为函数重载的条件

（4）函数重载特殊问题（难点）：

case1：引用作为函数的重载条件

#include
using namespace std;

//函数重载注意事项
//1.引用作为重载的条件(参数类型不同的函数重载)
void func(int &a) {
    //int &a = 10;引用必须在一个合法的内存空间(栈区or堆区)，10位于常量区不合法引用
    cout << \"func(int &a)函数的调用\" << endl;
}
void func(const int &a) {
    //const int &a = 10;编译器自动进行了优化：int temp = 10; const int &a = temp;合法引用
    cout << \"func(const int &a)函数的调用\" << endl;
}

int main() {
    int a = 10; func(a);//由于a为一个变量，为可读可写的状态，故传入参数后应该调用可读可写的函数func(int &a)
    func(10);//由于10位一个常量，故传入参数后应该调用函数func(const int &a)

    return 0;
}

case2：函数重载遇到函数的默认参数

#include
using namespace std;

//函数重载注意事项
//2.函数重载碰到默认参数
void func2(int a) {
    cout << \"func2(int a)函数的调用\" << endl;
}
void func2(int a, int b = 10) {
    cout << \"func2(int a, int b = 10)函数的调用\" << endl;
}

int main() {
    //当函数重载碰到默认参数，会出现二义性报错(应尽量避免这种情况)
    func2(10);
	
    return 0;
}

注意：当函数重载碰到默认参数，会出现二义性报错（代码15行应尽量避免这种情况）

4.C++文件操作：

程序运行时产生的数据都属于临时的数据，随着程序运行的结束都会被释放，可以通过文件将数据持久化。

1. cpp中对文件操作需要包含头文件
2. 文件类型分为两种：文本文件（以文本的ASCII码形式存储）、二进制文件（以二进制形式存储）
3. 操作文件的文件流分为三类：ofstream写操作、ifstream读操作、fstream读写操作

（1）文本文件：

<1>指定文件打开方式：

注意：文件的打开方式可以相互组合，利用|实现（例如：用二进制方式写文件为ios::binary | ios::out）

<2>文本文件的写操作：

#include //step1:包含头文件
...
ofstream ofs;//step2:创建流对象
...
ofs.open(\"文件路径\", 打开方式)//step3:打开文件
...
ofs << \"写入的数据\";//step4:向文件中写入数据
...
ofs.close();//step5:关闭文件

#include 
#include 
using namespace std;

//1.文本文件写文件
void test01(){
    //(1)创建流对象
    ofstream ofs;
    //(2)指定打开方式
    ofs.open(\"test.txt\", ios::out);
    //(3)向文件中写入数据
    ofs << \"author:luochenhao\" << endl;
    ofs << \"gender:male\" << endl;
    ofs << \"age:21\" << endl;
    //(4)关闭文件
    ofs.close();
}

int main(){
    test01();

    system(\"pause\");
    return 0;
}

在当前目录下创建了一个名为test.txt的文件，进行了向其中写入一些数据的操作。

<3>文本文件的读操作：

#include //step1:包含头文件
...
ifstream ifs;//step2:创建流对象
...
ifs.open(\"文件路径\", 打开方式)//step3:打开文件，并判断文件是否成功打开
...
Data can be read in four ways//step4:从文件中读取数据
...
ifs.close();//step5:关闭文件 

#include 
#include 
using namespace std;

//2.文本文件读文件
void test02(){
    //(1)创建流对象
    ifstream ifs;
    //(2)打开文件,并判断是否打开成功
    ifs.open(\"test.txt\", ios::in);
    if(!ifs.is_open()){
        cout << \"文件打开失败\" << endl;
        return;
    }
    //(3)从文件中读取数据
    cout << \"方式1:利用while循环将文件中的数据全部放在buf字符数组中\" << endl;
    char buf1[1024] = {0};
    while(ifs >> buf1) {
        cout << buf1 << endl;
    }

    cout << \"方式2:利用ifs的成员函数getline一行行将文件中的数据全部放在buf字符数组中\" << endl;
    char buf2[1024] = {0};
    while(ifs.getline(buf2, sizeof(buf2))) {
        cout << buf2 << endl;
    }

    cout << \"方式3:利用全局函数getline一行行将文件中的数据全部放在的buf字符串中\" << endl;
    string buf3;
    while(getline(ifs, buf3)){
        cout << buf3 << endl;
    }

    cout << \"方式4:利用ifs的成员函数get从文件中一个个字符进行读取\" << endl;
    char c;
    while((c = ifs.get()) != EOF) {
        cout << c;
    }
    //(4)关闭文件
    ifs.close();
}

int main(){
    test02();

    system(\"pause\");
    return 0;
}

从当前目录下读取刚才新创建的test.txt文件，将信息输出在屏幕上。

疑问：4种读取数据的方式都可行，为什么只有一次文件结果的输出？

（2）二进制文件：

以二进制的方式对文件进行读写操作，打开方式需要指定为ios::binary

<1>二进制文件的写操作：

二进制方式写文件主要利用流对象调用成员函数write

函数原型：ostream& write(const char *buffer, int len);

参数解释：字符指针buffer指向内存中一段存储空间（数据地址），len是读写的字节数

#include 
#include 
using namespace std;

//1.二进制文件写文件
class Person{
public:
    char name[64];
    int age;
};

void test01(){
    //(1)创建流对象
    ofstream ofs;
    //(2)指定打开方式
    ofs.open(\"person.txt\", ios::out|ios::binary);
    //(3)向文件中写入数据
    Person p1 = {\"luochenhao\", 21};
    ofs.write((const char *)&p1, sizeof(Person));
    //(4)关闭文件
    ofs.close();
}

int main(){
    test01();

    system(\"pause\");
    return 0;
}

在当前目录下创建了一个名为person.txt的文件，进行了向其中以二进制的方式写入一些数据的操作。

注意：由于数据是以二进制的方式写入，直接打开person.txt文件后发现有些数据无法正常显示属于正常。

<2>二进制文件的读操作：

二进制方式读文件主要利用流对象调用成员函数read

函数原型：istream& read(char *buffer, int len);

参数解释：字符指针buffer指向内存中一段存储空间（数据地址），len是读写的字节数

#include 
#include 
using namespace std;

//2.二进制文件读文件
class Person{
public:
    char name[64];
    int age;
};

void test02(){
    //(1)创建流对象
    ifstream ifs;
    //(2)打开文件,并判断是否打开成功
    ifs.open(\"person.txt\", ios::in|ios::binary);
    if(!ifs.is_open()){
        cout << \"文件打开失败!\" << endl;
        return;
    }
    //(3)从文件中读取数据
    Person p2;
    ifs.read((char *)&p2, sizeof(Person));
    cout << \"姓名:\" << p2.name << endl;
    cout << \"年龄:\" << p2.age << endl;
    //(4)关闭文件
    ifs.close();
}

int main(){
    test02();

    system(\"pause\");
    return 0;
}

从当前目录下读取刚才新创建的person.txt文件，将信息输出在屏幕上。