【C++核心编程】内存分区模型、引用、函数提高

朴灿烈づ我的快乐病毒、 2024-03-25 19:27 72阅读 0赞

## 一：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：  
![在这里插入图片描述][287ae08b0ea447ab88da7c3a6e57339a.png]

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;
    }

## 二：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：**

int main() {
        
    
    	int a = 10;
    	int &b = a;
    
    	cout << "a = " << a << endl;
    	cout << "b = " << b << endl;
    
    	b = 100;
    
    	cout << "a = " << a << endl;
    	cout << "b = " << b << endl;
    
    	system("pause");
    
    	return 0;
    }

### 2.2 引用注意事项 ###

*  引用必须初始化
 *  引用在初始化后，不可以改变

示例：

int main() {
        
    
    	int a = 10;
    	int b = 20;
    	//int &c; //错误，引用必须初始化
    	int &c = a; //一旦初始化后，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，可以利用引用的技术让形参修饰实参

**优点：** 可以简化指针修改实参

**示例：**

//1. 值传递
    void mySwap01(int a, int b) {
        
    	int temp = a;
    	a = b;
    	b = temp;
    }
    
    //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);
    	cout << "a:" << a << " b:" << b << endl;
    
    	mySwap02(&a, &b);
    	cout << "a:" << a << " b:" << b << endl;
    
    	mySwap03(a, b);
    	cout << "a:" << a << " 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。引用的语法更清楚简单

### 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

**示例：**

//返回局部变量引用
    int& test01() {
        
    	int a = 10; //局部变量
    	return a;
    }
    
    //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;
    	cout << "ref = " << ref << endl;
    
    	//如果函数做左值，那么必须返回引用
    	int& ref2 = test02();
    	cout << "ref2 = " << ref2 << endl;
    	cout << "ref2 = " << ref2 << endl;
    
    	test02() = 1000;
    
    	cout << "ref2 = " << ref2 << endl;
    	cout << "ref2 = " << ref2 << endl;
    
    	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.**

讲解示例：

//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;
        
        //自动转换为 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，自动帮我们转换为: *ref = 20;
        
    	cout << "a:" << a << endl;
    	cout << "ref:" << ref << endl;
        
    	func(a);
    	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：**

//引用使用的场景，通常用来修饰形参
    void showValue(const int& v) {
        
    	//v += 10;
    	cout << v << endl;
    }
    
    int main() {
        
    
    	//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 = 10;
    	showValue(a);
    
    	system("pause");
    
    	return 0;
    }

## 三：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：**

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，从左向右，必须都要有默认值
    //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
    int func2(int a = 10, int b = 10);
    int func2(int a, int b) {
        
    	return a + b;
    }
    
    int main() {
        
    
    	cout << "ret = " << func(20, 20) << endl;
    	cout << "ret = " << func(100) << endl;
    
    	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

**示例：**

//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 ###

#### 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：**

//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;
    }
    
    //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 ####

*  引用作为重载条件
 *  函数重载碰到函数默认参数

**示例：**

//函数重载注意事项
    //1、引用作为重载条件
    
    void func(int &a)
    {
        
    	cout << "func (int &a) 调用 " << endl;
    }
    
    void func(const int &a)
    {
        
    	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); //碰到默认参数产生歧义，需要避免
    
    	system("pause");
    
    	return 0;
    }

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