C++基础精讲-02

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1.C/C++申请、释放堆空间的方式对比

1.1C语言申请、释放堆空间

关于C语言的堆内存管理内存管理不熟悉可看以下章节
C语言精讲-12
c语言中申请、释放堆空间一般用malloc和free函数

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>void test(void)
{//申请内存int*p=(int*) malloc(sizeof(int));if(NULL==p){printf("内存申请失败\n");exit(0) ;}*p=10;printf("*p=%d\n",*p);//释放内存；free(p);p=NULL;}int main(void)
{test();return 0;}

1.2C++申请、释放堆空间

c++申请、释放堆空间一般用new/delete表达式；

#include<iostream>
using std::cout;
using std::endl;void test(void)
{//初始化为该类型的默认值int * p1 = new int();cout<<*p1<<endl;int *p2=new int(2);cout<<*p2<<endl;//释放内存delete p1;delete p2;//将 p1 和 p2 置为 nullptr；避免野指针p1= nullptr;p2= nullptr;}int main(void)
{test();return 0;}

1.2.1 new表达式申请数组空间

1.默认初始化为0；

#include<iostream>
using std::cout;
using std::cin;
using std::endl;void test(void)
{//将动态分配的数组元素默认初始化为 0//申请10个int类型的堆空间int * p1 = new int[10]();for(int idx = 0; idx < 10; ++idx){p1[idx] = idx;}for(int idx = 0; idx < 10; ++idx){cout << p1[idx] << endl;}//释放堆空间delete [] p1;p1=nullptr;}int main(void)
{       test();return 0;
}       
~                                       

2.赋初值

#include<iostream>
using std::cout;
using std::cin;
using std::endl;void test(void)
{       //申请3个int类型的堆空间int * p1 = new int[3]{2,4,6};for(int i=0;i<3;i++){cout<<p1[i]<<endl;}//释放堆空间delete [] p1;p1=nullptr;}int main(void)
{       test();return 0;
}       
~                           

1.3回收空间时的注意事项

1.三组申请空间和回收空间的匹配组合

malloc            freenew               deletenew int[5]()      delete[]

2安全回收
delete只是回收了指针指向的空间，但这个指针变量依然还在，指向了不确定的内容（野指针），容易造成错误。所以需要进行安全回收，将这个指针设为空指针C++11之后使用nullptr表示空指针。

1.4malloc/free 和 new/delete 的区别

1.malloc/free 是库函数；new/delete 是表达式，后两者使用时不是函数的写法；
2.new 表达式的返回值是相应类型的指针，malloc 返回值是 void*；
3.malloc 申请的空间不会进行初始化，获取到的空间是有脏数据的，但 new 表达式申请空间时可以直接初始化；
4.malloc 的参数是字节数，new 表达式不需要传递字节数，会根据相应类型自动获取空间大小。

2.引用

2.1 引用的概念

引用是c++对c的重要扩充。在c/c++中指针的作用基本都是一样的，但是c++增加了另外一种给函数传递地址的途径，这就是按引用传递
变量概述
1.变量名实质上是一段连续内存空间的别名，是一个标号(门牌号)
2.程序中通过变量来申请并命名内存空间
3.通过变量的名字可以使用存储空间
c++中新增了引用的概念，引用可以作为一个已定义变量的别名。
基本语法:

Type& ref = val;
示例：
int number = 2；
int & ref = number;

#include<iostream>
using std::cout;
using std::cin;
using std::endl;int main(void)
{int sum=10;cout<<"sum="<<sum<<endl;int&s=sum;cout<<"s="<<s<<endl;s=100;cout<<"s="<<s<<endl<<"num="<<sum<<endl;return 0;
}

注意事项：
&在此不是求地址运算，而是起标识作用。
类型标识符是指目标变量的类型
必须在声明引用变量时进行初始化。
引用初始化之后不能改变。
不能有NULL引用。必须确保引用是和一块合法的存储单元关联。

2.2 引用的本质

引用的本质在c++内部实现是一个常指针；c++编译器在编译过程中使用常指针作为引用的内部实现，因此引用所占用的空间大小与指针相同，只是这个过程是编译器内部实现，用户不可见。

#include<iostream>
using std::cout;
using std::cin;
using std::endl;void test(void)
{int sum=10;int &s=sum;int*p=&sum;cout<<"sum的地址："<<&sum<<endl;cout<<"s的地址："<<&s<<endl;cout<<"p所指向的地址："<<p<<endl;cout<<"size(p)="<<sizeof(p)<<endl;//指针p占多少字节cout<<"size(s)="<<sizeof(&s)<<endl;//引用&s占多数字节
}int main(void)
{test();return 0;
}

2.3 引用与指针的联系与区别

联系：

1. 引用和指针都有地址的概念，都是用来间接访问变量；

2. 引用的底层还是指针来完成，可以把引用视为一个常指针。

区别：
4. 引用必须初始化，指针可以不初始化；
5. 引用不能修改绑定，但是指针可以修改指向；
6. 在代码层面对引用本身取址取到的是变量本体的地址，但是对指针取址取到的是指针变量的地址

2.4 引用的使用场景

2.4.1 引用作为函数的参数

在没有引用之前，如果我们想通过形参改变实参的值，只有使用指针才能到达目的。但使用指针的过程中，不好操作，很容易犯错。 而引用既然可以作为其他变量的别人而存在，那在很多场合下就可以用引用代替指针，因而也具有更好的可读性和实用性。这就是引用存在的意义。

#include<iostream>
using std::cout;
using std::cin;
using std::endl;//使用指针
void swap(int *a,int*b)
{int temp=*a;*a=*b;*b=temp;
}
//使用引用
void swap2(int&a,int&b)
{int temp=a;a=b;b=temp;
}void test1(void)
{int a=10,b=20;cout<<"交换前：a="<<a<<",b="<<b<<endl;swap(&a,&b);cout<<"交换后：a="<<a<<",b="<<b<<endl;swap2(a,b);cout<<"再次交换后：a="<<a<<"b="<<b<<endl;
}
int main(void)
{test1();return 0;
}

2.5 引用作为函数的返回值

当以引用作为函数的返回值时，返回的变量其生命周期一定是要大于函数的生命周期的，即当函数执行完毕时，返回的变量还存在。
目的： 避免复制，节省开销

#include<iostream>
using std::cout;
using std::cin;
using std::endl;int fun1(void)
{int a=10;//返回的是a的副本，变量a是局部变量。在fun1函数结束时a的空间就被回收cout<<"fun a的地址："<<&a<<endl;return a;
}int& fun2(void)
{///使用指针/引用作为返回值时候，不可返回一个局部的变量；可加static修饰static int  b=100;//返回的是一个绑定b的的引用；cout<<"fun2 b的地址："<<&b<<endl;return b;
}int main(void)
{//把fun1中a的值复制给main函数中的变量a；int a=fun1();cout<<"main中a的地址："<<&a<<endl;int &b=fun2();cout<<"main 中引用b的地址："<<&b<<endl;return 0;
}

注意事项
1.不要返回局部变量的引用。因为局部变量会在函数返回后被销毁，被返回的引用就成为了"无所指"的引用，程序会进入未知状态。
2.不要轻易返回一个堆空间变量的引用，非常容易造成内存泄漏。

int & func()
{int * pint = new int(1);return *pint;
}void test()
{int a = 2, b = 4;int c = a + func() + b;//内存泄漏
}

2.6 总结

1. 在引用的使用中，单纯给某个变量取个别名没有什么意义，引用的目的主要用于在函数参数传递中，解决大块数据或对象的传递效率和空间不理想的问题。
2. 用引用传递函数的参数，能保证参数传递中不产生副本，提高传递的效率，还可以通过const的使用，保证了引用传递的安全性。
3. 引用与指针的区别是，指针通过某个指针变量指向一个变量后，对它所指向的变量间接操作。程序中使用指针，程序的可读性差；引用底层仍然是指针，但是编译器不允许访问到这个底层的指针，逻辑上简单理解为——对引用的操作就是对目标变量的操作。可以用指针或引用解决的问题，更推荐使用引用

3.强制类型转换

3.1 c语言里的强制类型转换

格式：数据类型 变量1 = （数据类型）变量2；

#include<stdio.h>int main(void)
{       float a=3.14f;printf("a=%f\n",a);int b=(int)a;printf("b=%d\n",b);return 0;
}       

缺点：

1. 数据丢失风险高
   C 语言的强制类型转换语法简单，不过在将大类型转换为小类型时，容易发生数据丢失。比如把long类型转换为int类型，若long类型的值超出int类型的范围，就会出现数据截断。
2. 破坏类型系统且缺乏安全性检查
   C 语言允许进行各种类型的强制转换，像指针类型的转换，这可能会破坏类型系统的安全性，编译器也不会做严格的类型检查。例如将void*指针转换为其他类型的指针，若使用不当，就会引发未定义行为。
3. 掩盖潜在错误
   C 语言的强制类型转换可能会掩盖代码中的潜在错误，使代码能通过编译，但实际上逻辑可能存在问题。
4. 可移植性差
   不同平台上数据类型的大小和表示方式可能不同，C 语言的强制类型转换可能会导致在不同平台上产生不同的结果，影响代码的可移植性。

3.2 c++数据类型强制转换

3.2.1 static_cast（常用）

最常用的类型转换符，在正常状况下的类型转换, 用于将一种数据类型转换成另一种数据类型，如把int转换为float

目标类型 转换后的变量 = static_cast<目标类型>(要转换的变量)

好处：不允许非法的转换发生；方便查找

int a = 100；
float f = 0；
f = (float) a；//C风格
f = static_cast<float>(a);

void * p1 = malloc(sizeof(int));
int * p2 = static_cast<int*>(p1);
*p2 = 1;

不能完成任意两个指针类型间的转换（限制一些非法转换）

int a = 1;
int * p1 = &a;
float * p2 = static_cast<float *>(p1);//错误

总结，static_cast的用法主要有以下几种：

1）用于基本数据类型之间的转换，如把int转换成char，把int转换成enum。这种转换的安全性需要开发人员来保证；
2）把void指针转换成目标类型的指针，但不安全；
3）把任何类型的表达式转换成void类型；
4）用于类层次结构中基类和子类之间指针或引用的转换

3.2.3 const_cast （常不用）

该运算符用来修改类型的const属性。
指向常量的指针被转化成普通指针，并且仍然指向原来的对象；
常量引用被转换成非常量引用，并且仍然指向原来的对象；

const int number = 100;
int * pInt = &number;//error
int * pInt2 = const_cast<int *>(&number);

3.2.3 其他（后面章节中应用到在讲解）

dynamic_cast：该运算符主要用于基类和派生类间的转换；
reinterpret_cast：功能强大，慎用（也称为万能转换）；