C++核心编程——面向对象

本篇博客主要针对C++面向对象编程技术做详细讲解,探讨C++中的核心和精髓。主要是讲C++特有的一些特点。C++的核心编程主要有五个方面:

  • 1,内存分区模型
  • 2,引用
  • 3,函数提高
  • 4,类和对象
  • 5,文件操作

后续将会在本账号全部更新

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

内存四区的意义

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。其中,代码区全局区是在程序运行前划分的区域,栈区堆区则是程序运行后划分的区域

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(const修饰的一些变量)也存放在此。

        该区域的数据在程序结束后由操作系统释放。

代码展现:

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
	int g_a=10;
	int g_b=20;
	const int c_g_a=10;
	const int c_g_b=10; 
int main(){
	int a=10;
	int b=20;
	const int c_l_a=10;
	const int c_l_b=20;
	cout<<"局部变量a的地址 "<<&a<<endl;
	cout<<"局部变量b的地址 "<<&b<<endl;

	cout<<"全局变量a的地址 "<<&g_a<<endl;
	cout<<"全局变量b的地址 "<<&g_b<<endl;
	//静态变量 在普通变量的前面加static,属于静态变量
	static int s_a=10;
	static int s_b=10; 
	cout<<"静态变量a的地址 "<<&s_a<<endl;
	cout<<"静态变量b的地址 "<<&s_b<<endl;
	//常量
	//字符串常量
	cout<<"字符串常量地址"<<&("hello,world")<<endl; 
	//const修饰的变量
	//const修饰的全局变量,const修饰的局部变量 
	cout<<"const修饰的全局变量c_g_a地址"<<&c_g_a<<endl; 
	cout<<"const修饰的全局变量c_g_b地址"<<&c_g_b<<endl; 
	cout<<"const修饰的局部变量c_l_a地址"<<&c_l_a<<endl; 
	cout<<"const修饰的局部变量c_l_b地址"<<&c_l_b<<endl; 
}	

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

        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:

#include<bits/stdc++.h>
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 a=10;
	return &a;
}

int main(){
	int *p=func();
	cout<<*p<<endl;//
	cout<<*p<<endl;//
}

由上述运行结果可以看出,第一次访问正确,可以打印出正确的数字是因为编译器做了保留,而第二次访问则是因为此时内存已经被释放,访问该指针的内容将导致不确定的结果,也可能是崩溃。

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,因此,new关键字返回的值就是变量的地址,可以新建指针接收目标地址。

示例:

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
int  *func(){
	//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 
	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;
}

注意与上面代码的区别,堆区中的数据,只要程序员不手动关闭,就可以一直存活。

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

堆区和栈区二者区别:

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:基本语法

##include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
int *func(){
	//在堆区创建整型数据 
	//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; 
}
//2,在堆区利用new开辟数组
void test02(){
	//创建10整型数据的数组,在堆区
	int *arr=new int[10];//10代表数组有十个元素 
	for(int i=0;i<10;i++){
		arr[i]=100+i;//给十个元素赋值 100~109 
		cout<<arr[i]<<endl;
	}
	//释放堆区数组的时候 要加[]
	delete[] arr; 
}
int main(){
	//test01();
	test02();
} 

堆区数组在释放时,要加 [] ,    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

注意:此处别名的数据类型要与原名的数据类型保持一致。如果是int型,两者都要是int型。

如:int &b=a 就是创建了一个简单的引用b。

示例:

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
int main(){
	//引用基本语法
	//数据类型 &别名= 原名
	int a=10;
	//创建引用
	int &b=a;
	cout<<"a= "<<a<<endl;
	cout<<"b= "<<b<<endl;
	b=100;
	cout<<"a= "<<a<<endl;
	cout<<"b= "<<b<<endl; 
} 

由运行的结果可以看出,引用的本质就是起别名,不同名字对应一个内存地址,数据也必然相同。

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:

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
int main(){
	int a=10;
	int &b=a;
	int c=20;
	b=c;//赋值操作,而不是更改引用
	cout<<"a= "<<a<<endl;
	cout<<"b= "<<b<<endl;
	cout<<"c= "<<c<<endl; 
 
} 

 

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

在以往的学习中我们知道了函数传参只有两种方式:值传递和地址传递,其中值传递不能利用形参修饰实参,只有地址传递可以。而在学过引用之后,我们可以知道还可以用引用的技术让形参修饰实参。

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
//交换函数
//1,值传递
void swap1(int a,int b ){
	int temp=a;
	a=b;
	b=temp;
} 
//2,地址传递
void swap2(int *a,int *b){
	int temp=*a;//a,b中装的地址 
	*a=*b;
	*b=temp;
}
//3,引用传递 
void swap3(int &a,int &b){
	int temp=a;
	a=b;
	b=temp;
} 
int main(){
	int a=10;
	int b=20;
	swap1(a,b); //值传递,形参不会修饰实参 
	cout<<"a= "<<a<<"b= "<<b<<endl;
	swap2(&a,&b);//地址传递,形参会修饰实参 
	cout<<"a= "<<a<<"b= "<<b<<endl;
	swap3(a,b);//引用作参数,形参会修饰实参 
	cout<<"a= "<<b<<"b= "<<a<<endl;
} 

上述我们说过,引用的本质就是通过别名控制一块内存区域,既然是通过别名也可以控制内存内容,则函数对变量别名所作的操作与实际改变变量本身是一样的效果。

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:

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
//1,不要返回局部变量的引用 
int& test01(){
	int a=10;//局部变量存放在四区中的栈区
	return a; 
}  
int& test02(){
	static int a=10;//静态变量存放在全局区,全局区上的数据在程序结束后由系统释放 
	return a;
} 
int main(){
	int &ref=test01();
	cout<<"ref= "<<ref<<endl;//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 
	int &ref2=test02();
	cout<<"ref2= "<<ref2<<endl;
	cout<<"ref2= "<<ref2<<endl;
	test02()=1000;//2,函数的调用可以作为左值
	cout<<"ref2= "<<ref2<<endl;
	cout<<"ref2= "<<ref2<<endl;
} 

上述可以看出,局部变量存放在栈区运行一次后系统将该变量的内存释放。静态变量存放在全局区,全局区上的数据在程序结束后由系统释放

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。

指针常量常量指针既修饰指针又修饰常量不同,指针常量是指:指针的指向不可以改,指针指向的值可以改,与常量指针正好相反。 C++学习笔记——指针-CSDN博客

结论:C++ 推荐使用引用技术,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,这部分知识如果不明白可以不用深究,只知道引用的本质是一个指针常量即可。

2.6 常量引用

作用:常量引用主要是用来修饰形参,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:

const int &ref=10;//引用必须引用一块合法的内存空间
ref=20;//错误,加入const后ref为只读,不允许修改。
#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
//常量引用防止误操作
void print(const int &a){
	//a=100;  错误,防止误操作 
	cout<<"a= "<<a<<endl;
} 
int main(){
	int a=10;
	const int &b=a;
	print(b);
	cout<<"b= "<<b<<endl;
} 

3 函数提高

4 类和对象

5 文件操作

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