C++基础一文通（三）内存分区、引用

一. c++ 内存分区机制

请阅读这篇文章： C++内存分区

1. 栈区数据由编译器自动分配释放

栈区存放数据:

  • 局部变量
  • 形参(其实就是局部变量)

注意事项：不要返回局部变量/形参的地址，栈区开辟的数据由编译器自动释放

2. 堆区数据由程序员分配释放

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， 利用delete释放内存

3. new 和 delete

  • new : 开辟内存会返回 指向内存的指针
  • delete : 释放内存
#include <iostream>
using namespace std;
int *func1()
{
    //利用new在堆区创建数据
    int *a = new int(10);
    cout << "a address: " << a << endl;
    return a;
}

int main()
{
    int *p = func1();
    cout << "p address: " << p << endl;
    cout << *p << endl;
    //利用delete释放堆区数据
    delete p;
}
new一个数组
#include <iostream>
using namespace std;
int *func1()
{
    //利用new在堆区创建数据
    int *arr = new int[10];
    cout << "arr address: " << arr << endl;
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        arr[i] = i + 100;
    }

    return arr;
}

int main()
{
    int *p_arr = func1();
    cout << "p_arr address: " << p_arr << endl;
    cout << *p_arr << endl;
    
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        cout << p_arr[i] << endl;
    }

    //利用delete释放堆区数据
    delete p_arr;
}

在C++11中，还可以提供一个元素初始化器的花括号列表，
int* p3 = new int[5]{0, 1, 2, 3, 4};

二. 引用

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

1. 引用

作用： 给变量起别名

语法： 数据类型 &别名 = 原名

可以理解为: 新建一个变量b, 让它的地址 == a的地址, 那其实b和a是同一个变量了

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{

    int a = 10;
    int &b = a;

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

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

    return 0;
}

2. 引用的注意事项

  • 引用不能只创建不初始化, 不可以: int &b;, 要:int &b = a;
  • 引用一旦建立, 是不能修改的

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

#include <iostream>
using namespace std;

void mySwap(int& a, int& b) {
    int temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

int main() {

    int a = 10;
    int b = 20;

    mySwap(a, b);
    cout << "a:" << a << " b:" << b << endl;

    return 0;
}
// 可以理解为 形参a的地址绑定到了 实参a上,  简称  :  形参a对实参a的引用

有了引用, 我们就可以不穿指针啦! 直接用形参修饰实参，就相当于在操作实参。
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

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，返回引用就是返回某个变量
注意：不要返回局部变量引用

//返回：静态变量a的引用
int& test02() {
    static int a = 20;
    return a;
}

int main() {
    int& ref2 = test02(); //相对于ref2引用了a
    cout << "ref2 = " << ref2 << endl;
    cout << "ref2 = " << ref2 << endl;

    return 0;
}
返回值可以作为左值
#include <iostream>
using namespace std;

//返回静态变量引用
int& test02() {
    static int a = 20;
    return a;
}

int main() {

    //如果函数做左值，那么必须返回引用
    test02() = 20; //因为test02返回的是a的引用， 所以本句就相当于在修改a
    int& ref = test02();
    cout << "test02() = " << test02() << endl;
    cout << "ref2 = " << ref << endl;

    return 0;
}

5. 常量引用

常量引用可以让实参变为只读

#include <iostream>
using namespace std;

//返回静态变量引用
int test02(const int &a)
{
    // a = 20; //error: assignment of read-only reference 'a'
    cout << a << endl;
    return a;
}

int main()
{

    int a =10;

    cout << "test02() = " << test02(a) << endl;

    return 0;
}

三. 函数的重载

1. 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：

  • 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

//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;
}

2. 不用方式的引用也可以作为重载

  • 不用方式的引用也可以作为重载
//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;
}

3. 当函数重载遇到默认值参数时, 会产生歧义并报错, 应该避免

四. 文件操作

C++中对文件操作需要包含头文件 <fstream>

1. 两种文件类型

  1. 文本文件 - 文件以文本的ASCII码形式存储在计算机中
  2. 二进制文件 - 文件以文本的二进制形式存储在计算机中，用户一般不能直接读懂它们

2. 操作文件的三大类

  1. ofstream：写操作
  2. ifstream： 读操作
  3. fstream ： 读写操作

3. 文件打开方式：

打开方式 解释
ios::in 为读文件而打开文件
ios::out 为写文件而打开文件
ios::ate 初始位置：文件尾
ios::app 追加方式写文件
ios::trunc 如果文件存在先删除，再创建
ios::binary 二进制方式

注意： 文件打开方式可以配合使用，利用|操作符

例如：用二进制方式写文件 ios::binary | ios:: out

4. 文本文件写操作

#include <iostream>
#include <fstream>
using namespace std;

int main()
{

    ofstream ofs;
    ofs.open("test.txt", ios::out);

    ofs << "姓名：张三" << endl;
    ofs << "性别：男" << endl;
    ofs << "年龄：18" << endl;
    ofs.close();

    return 0;
}

5. 文本文件读操作

(1). 方法一 : 用右移运算符读取

第一种方式 : 用右移运算符, 把ifs里面的数据移动到 buf中, 当ifs读完时, 会返回false, 打破while

#include <iostream>
#include <fstream>
using namespace std;

void test01()
{
    ifstream ifs;
    ifs.open("test.txt", ios::in);

    if (!ifs.is_open())
    {
        cout << "文件打开失败" << endl;
        return;
    }

    // 第一种方式 : 用右移运算符, 把ifs里面的数据移动到 buf中
    // 当ifs读完时, 会返回false, 打破while
    char buf[1024] = { 0 };
    while (ifs >> buf)
    {
        cout << buf << endl;
    }

    ifs.close();
}

int main()
{
    test01();

    return 0;
}
(2). 方法二 : 用ifs的getline方法一行行读取至buf中

用getline把ifs里面的数据读取到 buf中, 当ifs读完时, getline会返回false, 打破while

#include <iostream>
#include <fstream>
using namespace std;

void test01()
{
    ifstream ifs;
    ifs.open("test.txt", ios::in);

    if (!ifs.is_open())
    {
        cout << "文件打开失败" << endl;
        return;
    }

    // 第二种方式 : 用ifs.getline把ifs里面的数据读取到 buf中
    // 当ifs读完时, getline会返回false, 打破while
    char buf[1024] = {0};
    while (ifs.getline(buf, sizeof(buf)))
    {
        cout << buf << endl;
    }

    ifs.close();
}

int main()
{

    test01();

    return 0;
}
(3). 方法三 : 用全局getline函数读取数据, 用C++ 字符串接收

此getline不是ifs.getline

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
using namespace std;

void test01()
{
    ifstream ifs;
    ifs.open("test.txt", ios::in);

    if (!ifs.is_open())
    {
        cout << "文件打开失败" << endl;
        return;
    }

    // 第三种方式 : 用getline把ifs里面的数据读取到字符串buf中
    // 当ifs读完时, getline会返回false, 打破while
    string buf;
    while (getline(ifs, buf))
    {
        cout << buf << endl;
    }
    ifs.close();
}

int main()
{

    test01();

    return 0;
}

6. 二进制文件写操作

以二进制的方式对文件进行读写操作, 打开方式要指定为 ==ios::binary==
对文件进行操作时, 尽量使用C语言的char型数组, 而非string

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。len是读写的字节数

#include <fstream>
#include <string>

class Person
{
public:
    char m_Name[64];
    int m_Age;
};

//二进制文件  写文件
void test01()
{
    //1、包含头文件

    //2、创建输出流对象
    ofstream ofs("person.txt", ios::out | ios::binary);
    
    //3、打开文件
    //ofs.open("person.txt", ios::out | ios::binary);

    Person p = {"张三"  , 18};

    //4、写文件
    ofs.write((const char *)&p, sizeof(p));

    //5、关闭文件
    ofs.close();
}

int main() {

    test01();

    return 0;
}

7. 二进制文件读操作

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。len是读写的字节数

#include <fstream>
#include <string>

class Person
{
public:
    char m_Name[64];
    int m_Age;
};

void test01()
{
    ifstream ifs("person.txt", ios::in | ios::binary);
    if (!ifs.is_open())
    {
        cout << "文件打开失败" << endl;
    }

    Person p;
    ifs.read((char *)&p, sizeof(p));

    cout << "姓名： " << p.m_Name << " 年龄： " << p.m_Age << endl;
}

int main() {
    test01();

    return 0;
}
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