【学习笔记】C++ 核心编程（一）内存分区模型 + 引用 + 函数高级

内容来自小破站《黑马程序员C++》复习自用

吼！今天开始要进行下一阶段的学习啦，C++ 核心编程，离被【劝退】又近了一步！本阶段主要针对C++面向对象编程技术进行学习，探讨C++的核心和精髓。

1 内存分区模型

C++在执行程序时，将内存大方向划分为四个区域

1. 代码区：存放函数的二进制代码，由操作系统进行管理；
2. 全局区：存放全局变量、静态变量、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，如果程序员不释放，程序结束时由操作系统回收。
   内存的四区意义：

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（全局区、代码区）

在程序编译之后，生成看exe可执行程序，在未执行该程序之前分为两个区域，代码区和全局区。

1. 代码区：
   存放CPU执行的机器指令；
   代码区是共享的，共享的目的时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的修改了他的指令。
2. 全局区：
   全局变量和静态变量存放于此；
   全局区还包含了常量区，字符串常量和其他常量（const修饰的）也存放于此；
   该区域的数据在程序结束之后，由操作系统管理释放，不是由程序员控制的。

#include 
using namespace std;
constexpr auto j = 10;
// 全局变量   (c_const / g_global / l_local)
int g_a = 10;
int g_b = 10;

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

int main() {
	// 创建普通局部变量,写在函数体内的变量都叫做局部变量。
	int a = 10;
	int b = 10;
	cout << "1. 局部变量 a 的地址为：     " << (int)&a << endl;
	cout << "   局部变量 b 的地址为：     " << (int)&b << endl << endl;
	cout << "2. 局部变量 g_a 的地址为：   " << (int)&g_a << endl;
	cout << "   局部变量 g_b 的地址为：   " << (int)&g_b << endl << endl;

	// 静态变量  在普通变量前边加static，属于静态变量
	static int s_a = 10;
	static int s_b = 10;
	cout << "3. 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 << endl;

	//常量
	//字符串常量
	cout << "4. 字符串常量的地址为：      " << (int)&"HelloWorld" << endl << endl;
	//const修饰的变量
	//const修饰的全局变量
	cout << "5. 全局常量 c_g_a 的地址为： " << (int)&c_g_a << endl;
	cout << "   全局常量 c_g_b 的地址为： " << (int)&c_g_b << endl << endl;
	
	//const修饰的局部变量
	const int c_l_a = 10;
	const int c_l_b = 10;
	cout << "6. 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 << endl;
	cout << "//可以看到，“局部”修饰的，都不在全局区" << endl << endl;
	system("pause");
	return 0;
}

总结：
C++在程序运行之前分为全局区和代码区；
代码区的特点是共享和只读；
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 程序运行之后（栈区、堆区）

1.2.1 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b也会放在栈区
{
	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(){
	//利用指针接收func函数的返回值
	int* p = func(1);
	cout << *p << endl;
	//第一次可以打印正确数字10，没清空，是因为编译器做了一次保留，怕你误操作
	cout << *p << endl;
	//第二次数据就不保留了,生成乱码
	
	system("pause");
	return 0;
}

1.2.2 堆区

在程序运行之后，由系统划分的区域，由程序员分配释放，程序结束之后由操作系统回收，在C++中主要利用new在堆区开辟内存。

#include 
using namespace std;

int *func()
{
	//利用new关键字，可以将数字开辟到堆区
	new int(10);//给一个初始值是10，他会返回new出来的地址，会把地址编号做一个返回，而指针是可以存放地址的
	//指针的本质也是一个局部变量，放在栈上，指针保存的数据是放在堆区
	int* p = new int(10);
	return p;
}
int main(){
	//在堆区开辟数据
	int* p = func();
	cout << *p << endl;
	cout << *p << endl;
	cout << *p << endl;
	system("pause");
	return 0;
}

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，会返回该数据对应类型的指针

#include 
using namespace std;
//1. new的基本语法
int* func()
{
	//在堆区创建整型数据
	//new返回的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;
	//堆区的数据，由程序员管理开辟，由程序员管理释放
	//如果想释放，利用关键字delete
	delete p;
	cout << *p << endl;
}
int main(){
	test01();
	system("pause");
	return 0;
}

#include 
using namespace std;
//1. new的基本语法
int* func()
{
	//在堆区创建整型数据
	//new返回的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;
	//堆区的数据，由程序员管理开辟，由程序员管理释放
	//如果想释放，利用关键字delete
	delete p;
	//cout << *p << endl;
	//内存已经被释放了，再次访问就是非法的
}

//2. 在堆区利用new开辟数组
void test02()
{
	//创建10个整型数据的数组，在堆区
	int* arr = new int[10];//test01中用的是小括号(),小括号是创建一个变量，[10]代表数组有十个元素
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		arr[i] = i + 100;//给十个元素赋值100~109
	}
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		cout << arr[i] << endl;
	}

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

//释放堆区数组，要加一个[]才可以，否则释放错误

delete[] arr；

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 
using namespace std;

int main(){
	int a = 10;
	int& b = a;
	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl << endl;
	b = 100;
	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl << endl;

	system("pause");
	return 0;
}

2.2 引用的注意事项

1. 引用必须要初始化
   上来就让他 = a，不能不给
2. 引用在初始化之后，就不可以更改
   一旦初始化，已经是a的别名了，不可以更改成c的别名了
   

2.3 引用做函数参数

作用：函数传参的时候，可以利用医用让形参修饰实参
优点：简化指针，不用指针了直接用引用，修改实参

以前传参的时候，有值传递和地址传递两种方式，在值传递的时候，形参是不可以修饰实参的，如果想，就必须要使用地址传递。

#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 << "值传递" << endl;
	cout << "mySwap01: a = " << a << endl;
	cout << "mySwap01: b = " << b << endl << endl;
}
//2. 地址传递
void mySwap02(int *c, int *d)
{
	int temp = *c;
	*c = *d;
	*d= temp;
}
//3. 引用传递(代码和第一种方式很一样，只是参数那里加了符号)
void mySwap03(int& e, int& f)
{
	int temp = e;
	e = f;
	f = temp;
}

int main(){
	int a = 10;
	int b = 20;
	mySwap01(a, b);
	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;
	cout << "值未改变，值传递，形参不会修饰实参 " << endl << endl << endl;
	
	int c = 10;
	int d = 20;
	mySwap02(&c, &d);
	cout << "地址传递" << endl;
	cout << "c = " << c << endl;
	cout << "d = " << d << endl;
	cout << "地址传递，形参会修饰实参 " << endl << endl;

	int e = 10;
	int f = 20;
	mySwap03(e, f);
	cout << "引用传递" << endl;
	cout << "e = " << e << endl;
	cout << "f = " << f << endl;
	cout << "引用传递，形参也会修饰实参 " << endl << endl;
	system("pause");
	return 0;
}

2.4 引用做函数的返回值

当我们在声明一个函数的时候，首先要写的就函数的返回值类型，这个返回值类型可以是一个引用。

#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() // 返回值类型int加了一个&符号，就相当于用引用的方式来进行返回了
{
	int a = 10;
	//局部变量，存放在四区中的栈区，特点是局部变量在test01执行结束之后，这个变量就释放掉了
	return a;
}
//函数的调用可以作为左值
int & test02()
{
	static int a = 20; //静态变量，存放在全局区，全局区的数据在程序结束之后，由系统释放
	return a;
}
int main(){
	int& ref = test01(); 
	//引用的方式返回，就相当于现在a有了个别名，用ref在等号的左侧接收
	//所以ref就是test01()中的a
	cout << "ref = " << ref<< endl;//编译器怕憨憨们不懂，保留了一下
	cout << "ref = " << ref << endl << endl;//第二次结果就是错误的了，因为a的内存已经释放，非法操作
	int& ref2 = test02();
	cout << "ref2 = " << ref2 << endl;
	cout << "ref2 = " << ref2 << endl << endl;
	test02() = 1000; //test02()本身返回的就是a的引用，ref2本身就是a的一个别名
	cout << "ref2 = " << ref2 << endl;
	cout << "ref2 = " << ref2 << endl;
	cout << "如果函数的返回值是引用，这个函数的调用可以作为左值" << endl << endl;
	system("pause");
	return 0;
}

2.5 引用的本质

本质：引用的本质是在C++内部实现一个指针常量

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

#include 
using namespace std;

void showValue(const int& val) //加一个const修饰防止误操作
{
	//val = 1000;//函数体内不允许修改数据了，会报错
	cout << "val = " << val << endl;
}
int main(){
	//常量引用
	//使用场景：用来修饰形参，方式误操作
	int a = 10;
	//加上const之后，编译器将代码修改 int temp = 10；const int & ref = temp；
	const int& ref = 10; //引用必须是引一块合法的内存空间
	//ref = 20;//加入const之后变为只读，不可修改

	int b = 100;
	showValue(b);
	cout << "b = " << b << endl;
	system("pause");
	return 0;
}

3 函数高级

3.1 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）{}

正常的三数相加函数

#include 
using namespace std;
int func(int a, int b, int c)
{
	return a + b + c;
}
int main(){
	cout << func(10, 20, 30) << endl;
	system("pause");
	return 0;
}

#include 
using namespace std;
//函数默认参数
int func(int a, int b = 20, int c = 30)
{
	return a + b + c;
}
int main(){
	cout << func(10, 10) << endl;
	//如果我们自己传了数据，就用新的传的值，如果没传，就用默认值
	system("pause");
	return 0;
}

注意事项：

1. 如果某个位置已经有了默认参数，从这个位置王后，从左到右都必须有默认值
2. 如果函数的声明有了默认参数，那么这个函数的实现，就不能有默认参数了，声明和实现只能有一个是有默认参数的。

int func2(int a = 10, int b = 10);  //函数声明
int func2(int a, int b)            //函数实现
{
	return a + b;
}

3.2 函数占位参数

C++中函数的形参列表里是可以有占位参数的，用来占位，调用函数的时候必须填补该位置

语法：返回值类型 函数名（数据类型）{}

在括号里只填写了一个数据类型

#include 
using namespace std;
//占位参数
//目前阶段的占位参数还用不到
//占位参数还可以有默认参数
void func(int a, int)
{
	cout << "This is a func" << endl;
}
int main(){
	func(10, 10);   //只传一个10是不行的
	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，提高复用率
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，函数的返回值是不可以作为函数重载的条件的

#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. 在同一个作用域下（都在全局作用域下）
//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
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;
}

int main(){

	func();
	func(10);
	func(3.14);
	func(10, 3.14);
	func(3.14, 10);

	system("pause");
	return 0;
}

函数的返回值不可以作为函数重载的条件

3.3.2 函数重载的注意事项（俩坑）

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. 应用作为重载的条件
void fun(int& a)
{
	cout << "func(int &a)调用" << endl;
}

void func(const int& a)
{
	cout << "func(const int& a)调用" << endl;
}

int main(){
	//int a = 10;
	//func(a);
	
	//如果想要调用const的代码，直接传一个10就可以；
	func(10);
	//解释：如果走上边第一个函数，就相当于int &a = 10;引用直接等于10是不合法的，10是在常量区里边的
	//如果走下边的代码，相当于counst int &a =10;
	system("pause");
	return 0;
}

#include 
using namespace std;
//函数重载的注意事项
//1. 应用作为重载的条件
void fun(int a)
{
	cout << "func(int &a)调用" << endl;
}

void func(const int a)
{
	cout << "func(const int& a)调用" << endl;
}
//2. 函数重载碰到默认参数
void func2(int a, int b)
{
	cout << "func2(int a, int b)调用" << endl;
}
void func2(int a)
{
	cout << "func2(int a)调用" << endl;
}
//不调用函数的时候，语法是可以正常通过的
int main(){
	//int a = 10;
	//func(a);
	
	//如果想要调用const的代码，直接传一个10就可以；
	func(10);
	//解释：如果走上边第一个函数，就相当于int &a = 10;引用直接等于10是不合法的，10是在常量区里边的
	//如果走下边的代码，相当于counst int &a =10;

	func2(10);
	//函数重载碰到默认参数，现在既能调用上边也可以调用下边，二义性。
	//尽量避免这种情况
	func2(10, 20);//可以调用
	system("pause");
	return 0;
}

4 类和对象

嗯，这是下期预告cout << “加油，加加人！” << endl;