C++阶段03笔记01【内存分区模型、引用、函数提高】

发布时间：2023-10-28 16:30

C++| 匠心之作 从0到1入门学编程【视频+课件+笔记+源码】

目录

1、内存分区模型

1.1、程序运行前

1.2、程序运行后

1.2.1、栈区

1.2.2、堆区

1.3、new操作符

2、引用

2.1、引用的基本使用

2.2、引用注意事项

2.3、引用做函数参数

2.4、引用做函数返回值

2.5、引用的本质

2.6、常量引用

3、函数提高

3.1、函数默认参数

3.2、函数占位参数

3.3、函数重载

3.3.1、函数重载概述

3.3.2、函数重载注意事项

C++核心编程：本阶段主要针对C++面向对象编程技术做详细讲解，探讨C++中的核心和精髓。

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。

  1. 代码区：存放函数体的二进制代码，由操作系统进行管理的。

  2. 全局区：存放全局变量和静态变量以及常量。

  3. 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。

  4. 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：代码区与全局区。

代码区：

  1. 存放CPU执行的机器指令。
  2. 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。
  3. 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：

  1. 全局变量和静态变量存放在此。
  2. 全局区还包含了常量区，字符串常量和其他常量(const)也存放在此。
  3. 该区域的数据在程序结束后由操作系统释放。

C++阶段03笔记01【内存分区模型、引用、函数提高】_第1张图片

#include  //全局变量、静态变量、常量
using namespace std;

//全局变量
int g_a = 10;
int g_b = 10;

//全局常量，const修饰的全局变量
const int c_g_a = 10;
const int c_g_b = 10;

int main() {
    //局部变量，创建普通局部变量
    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，在普通变量前面加上“static”，属于静态变量
    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;

    //常量：字符串常量、const修饰的变量
    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; //老师命名规则：c-const、g-global、l-local
    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;
}
C++阶段03笔记01【内存分区模型、引用、函数提高】_第2张图片 内存四区-全局区

总结：

  1. C++中在程序运行前分为全局区和代码区。

  2. 代码区特点是共享和只读。

  3. 全局区中存放全局变量、静态变量、常量。

  4. 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

1.2.1、栈区

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。

#include 
using namespace std;

//栈区数据的注意事项——不要返回局部变量的地址
//栈区的数据由编译器管理开辟和释放

// int *func(int b)//形参数据也会放在栈区
int *func() {
    // b = 100;
    int a = 10; //局部变量存放在栈区，栈区的数据在函数执行完后自动释放
    return &a;  //返回局部变量的地址
}

int main() {//栈区数据：局部变量、形参
    int *p = func(); //接受func函数的返回值

    cout << *p << endl; //第一次可以打印正确的数字，是因为编译器做了保留
    cout << *p << endl; //第二次这个数据就不再保留了，非法操作

    system("pause");
    return 0;
}

1.2.2、堆区

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。

C++阶段03笔记01【内存分区模型、引用、函数提高】_第3张图片 内存四区-堆区 
#include 
using namespace std;

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

int main() {
    int *p = func(); //在堆区开辟数据

    cout << *p << endl; // 10
    cout << *p << endl; // 10

    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。

#include 
using namespace std;

// 1、new的基本语法【示例1：基本语法】
int *func()
{
    // 在堆区创建整形数据
    // new返回是该数据类型的指针
    int *p = new int(10);
    return p;
}

void test01()
{
    int *p = func();
    cout << *p << endl;
    cout << *p << endl;
    cout << *p << endl;
    //堆区的数据由程序员管理开辟、程序员管理释放
    //如果想释放堆区的数据，利用关键字delete
    delete p;
    // cout << *p << endl; //内存已经被释放，再次访问就是非法操作，会报错|
}

// 2、在堆区利用new开辟数组【示例2：开辟数组】
void test02()
{
    //创建具有10个整型数据的数组，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10个元素赋值：100~109
    }

    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        cout << arr[i] << endl;
    }
    //释放堆区数组：delete后加[]
    delete[] arr; //释放数组的时候要加[]才可以
}

int main()
{
    // test01();
    // test02();
    int *p = func();

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

    //利用delete释放堆区数据
    delete p;

    cout << *p << endl; //打印“16016656”，报错，释放的空间不可访问

    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

C++阶段03笔记01【内存分区模型、引用、函数提高】_第4张图片 引用的基本语法 
#include 
using namespace std;

int main() { //引用基本语法：数据类型 &别名 = 原名
    int a = 10;
    int &b = a; //创建引用
    cout << "a = " << a << endl; // a = 10
    cout << "b = " << b << endl; // b = 10

    b = 100;
    cout << "a = " << a << endl; // a = 100
    cout << "b = " << b << endl; // b = 100

    system("pause");
    return 0;
}

2.2、引用注意事项

  1. 引用必须初始化。

  2. 引用在初始化后，不可以改变。

C++阶段03笔记01【内存分区模型、引用、函数提高】_第5张图片 引用的注意事项 
#include 
using namespace std;

int main() {
    int a = 10;
    //1、引用必须初始化。
    //int &b; //错误，引用必须要初始化
    int &b = a; //一旦初始化后，就不可以更改

    //2、引用在初始化后，不可以改变。
    int c = 20;
    b = c; //这是赋值操作，而不是更改引用

    cout << "a = " << a << endl;//a = 20
    cout << "b = " << b << endl;//b = 20
    cout << "c = " << c << endl;//c = 20

    system("pause");
    return 0;
}

2.3、引用做函数参数

作用：函数传参时，可以利用引用的技术让形参修饰实参。

优点：可以简化指针修改实参。

总结：通过引用参数产生的效果同按地址传递是一样的。引用的语法更清楚简单。

C++阶段03笔记01【内存分区模型、引用、函数提高】_第6张图片

#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;
    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;
}

// 3、引用传递
void 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
    cout << "a:" << a << " b:" << b << endl;
    mySwap02(&a, &b); //地址传递，形参会修饰实参的
    cout << "a:" << a << " b:" << b << endl;
    mySwap03(a, b);   //引用传递，形参会修饰实参的
    cout << "a:" << a << " b:" << b << endl;

    //cout << "main，a = " << a << endl;
    //cout << "main，b = " << b << endl;

    system("pause");
    return 0;
}

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：函数调用作为左值。

#include 
using namespace std;

//引用做函数的返回值

// 1、不要返回局部变量的引用
int &test01() {
    int a = 10; //局部变量，存放在内存四区中的栈区
    return a;
}

// 2、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() {
    //不能返回局部变量的引用
    int &ref = test01();
    cout << "ref = " << ref << endl; //ref2 = 10，第一次结果正确，是因为编译器做了保留
    cout << "ref = " << ref << endl; //第二次结果错误，因为a的内存已经释放

    //如果函数做左值，那么必须返回引用
    int &ref2 = test02();
    cout << "ref2 = " << ref2 << endl; //ref2 = 20
    cout << "ref2 = " << ref2 << endl; //ref2 = 20

    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; //ref2 = 1000
    cout << "ref2 = " << ref2 << endl; //ref2 = 1000

    system("pause");
    return 0;
}

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。

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。

C++阶段03笔记01【内存分区模型、引用、函数提高】_第7张图片 引用的本质

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。

C++阶段03笔记01【内存分区模型、引用、函数提高】_第8张图片

C++阶段03笔记01【内存分区模型、引用、函数提高】_第9张图片

#include 
using namespace std;

//打印数据函数
//引用使用的场景，通常用来修饰形参
void showValue(const int &val) {//(int &v)
    // val += 10;
    // val = 1000;
    cout << 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之后，编译器将代码修改为：int temp = 10; const int & ref = temp;
    //const int & ref = 10;//引用必须引用一块合法的内存空间
    //ref = 20;//加入const之后变为只读，不可以修改

    // int& ref = 10;  引用本身需要一个合法的内存空间，因此这行错误
    //加入const就可以了，编译器优化代码，int temp = 10; const int& ref = temp;
    const int &ref = 10;

    // ref = 100;  //加入const后不可以修改变量
    cout << ref << endl;

    //函数中利用常量引用防止误操作修改实参
    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）{}

#include 
using namespace std;

//函数默认参数
//如果我们自己传入数据，就用自己的数据；如果没有，那么用默认值。
//语法：返回值类型 函数名(形参 = 默认值) {}
int func1(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(参数有默认值)，那么从这个位置往后，从左向右都必须要有默认值。
//2、如果函数声明有默认参数值，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有默认参数。
int func2(int a = 10, int b = 10);
int func2(int a, int b) {//(int a = 10, int b = 10)报错
    return a + b;
}

int main() {
    cout << "ret = " << func1(10) << endl;     // ret = 60
    cout << "ret = " << func1(10, 20) << endl; // ret = 60
    cout << func2() << endl; // 20
    cout << func2(1, 2) << endl; // 3

    system("pause");
    return 0;
}

3.2、函数占位参数

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){}

在现阶段，函数的占位参数存在意义不大，但是后面的课程中会用到该技术。

#include //占位参数
using namespace std;

//语法：返回值类型 函数名 (数据类型) {}
//目前阶段的占位参数，我们还用不到，后面课程中会用到。
//函数占位参数 ，占位参数也可以有默认参数

// void func(int a, int)
void func(int a, int = 10) {
    cout << "this is func !" << endl;
}

int main() {
    func(10, 10); //占位参数必须填补
    func(10);

    system("pause");
    return 0;
}

3.3、函数重载

3.3.1、函数重载概述

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：

  1. 同一个作用域下；

  2. 函数名称相同；

  3. 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。

C++阶段03笔记01【内存分区模型、引用、函数提高】_第10张图片

#include 
using namespace std;

//函数重载：可以让函数名相同，提高复用性。

//函数重载的满足条件：
//1、同一个作用域下。
//2、函数名称相同。
//3、函数参数类型不同，或者个数不同，或者顺序不同。


//函数重载需要函数都在同一个作用域下
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;
}

//注意事项：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;
}

3.3.2、函数重载注意事项

  1. 引用作为重载条件。

  2. 函数重载碰到函数默认参数。

#include 
using namespace std;

//函数重载的注意事项
// 1、引用作为重载的条件
void func(int &a) { // int &a = 10;不合法
    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
    func(10); //调用有const

    // func2(10); //func2的两个函数都能调用，报错。当函数重载碰到默认参数产生歧义，需要避免
    //当函数重载碰到默认参数，出现二义性，报错，尽量避免这种情况
    func2(1, 2);

    system("pause");
    return 0;
}

一、语言本身
变量、条件、循环、字符串、数组、函数、结构体······
C语言重点：指针、内存管理
C++要学：面向对象特性、泛型、模板、STL
二、基础四大件
1.数据结构和算法
    数据结构：字符串、链表、二叉树、堆、栈、队列、哈希······
    算法：查找、排序、动态规划······
2.计算机网络
    TCP/IP协议栈：ARP协议、IP协议、ICMP协议、TCP协议、UDP协议、DNS协议、HTTP协议、HTTPS协议
3.操作系统
    进程和线程：原子性、并发、锁······
    内存：内存分布、内存调度······
4.设计模式
    单例、工厂、代理、策略、模板方法
三、应用与编程实践
1.Linux操作系统：系统命令、基本shell编程
2.编译/调试工具：GCC编译器、写makefile、GDB调试器
3.Linux系统编程
    (1)Linux API
    (2)多线程编程(实践)：线程、资源、信号、同步、互斥、锁······
    (3)网络编程：Linux网络编程API、IO函数······

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