2020-05-04 10:07 华东理工大学测试开发

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C++核心编程（一）

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

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：
图片说明

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;
}

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

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;
}

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）{}

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;
}