C++算法
C++ 基础进阶：内存开辟规则与类型转换原理
C++ 内存管理涉及栈与堆的分配策略及生命周期控制。文章详解了通过私有化 operator new 限制对象仅在栈上创建，以及通过私有构造函数配合静态工厂方法实现对象仅在堆上创建。此外，系统梳理了 C++ 四种显式类型转换运算符 static_cast、dynamic_cast、const_cast 和 reinterpret_cast 的适用场景，并探讨了运算符重载在类型转换中的本质机制，帮助开发者理解底层数据交互与内存安全。
C++ 内存管理涉及栈与堆的分配策略及生命周期控制。文章详解了通过私有化 operator new 限制对象仅在栈上创建，以及通过私有构造函数配合静态工厂方法实现对象仅在堆上创建。此外，系统梳理了 C++ 四种显式类型转换运算符 static_cast、dynamic_cast、const_cast 和 reinterpret_cast 的适用场景，并探讨了运算符重载在类型转换中的本质机制，帮助开发者理解底层数据交互与内存安全。
栈上开辟通常用于函数、变量、数组等，不需要明确调用 malloc 或 new 申请动态空间；堆上开辟则需要手动指定大小并释放。
| 特性 | 栈（Stack） | 堆（Heap） |
|---|---|---|
| 分配方式 | 编译器自动分配 / 释放 | 程序员手动分配（new）/ 释放（delete） |
| 生命周期 | 随作用域（如函数、代码块）结束而销毁 | 随 delete 调用而销毁（否则内存泄漏） |
| 大小限制 | 通常较小（如几 MB，由系统限制） | 较大（几乎等于系统可用内存） |
| 速度 | 极快（类似拿取 / 放回固定货架） | 较慢（类似找空地放东西，还要记录位置） |
| 使用场景 | 局部变量、函数参数等短期存在的变量 | 动态大小的数据（如数组长度运行时确定） |
栈上开辟不需要手动调用 malloc 或 new 动态内存，周期一般在该函数调用结束时自动销毁。我们知道动态开辟（如 C++ 的 new 形式）是调用 operator new 开辟堆空间的，因此可以通过禁用 operator new 来限制只能在栈上开辟空间。
template<class T>
class StackOnly {
public:
StackOnly() {}
private:
// 将 operator new 设为私有，禁止堆分配
void* operator new(size_t size);
void operator delete(void* ptr);
};
堆上调用是明确的调用 new 开辟空间，而栈每次是调用构造函数。因此我们可以禁用（私有化）构造函数，只允许通过 new 创建对象来完成只在堆上开辟空间。
class HeapOnly {
private:
// 构造函数私有，禁止栈上创建（栈上创建需要调用构造函数）
HeapOnly() {}
public:
// 静态函数：在堆上创建对象并返回指针
static HeapOnly* create() {
return new HeapOnly();
}
~HeapOnly() {
delete this; // 释放当前对象
}
};
为什么用 static 修饰 create 函数？
简洁解释：若不用 static 修饰，这个函数就属于对象，就要调用构造函数。而用 static 修饰之后，这个函数就属于类本身，不需要创建对象就可以调用，就可以避免先有对象再调用函数。
详细解释：栈上创建对象时，需要直接调用构造函数（比如
HeapOnly obj;会触发构造函数）。但我们为了禁止栈上创建，把构造函数设为了 private（外部无法直接调用）。此时，如果 create 不是静态函数：非静态函数属于对象（需要先有一个 HeapOnly 对象才能调用）。但构造函数私有，根本无法在外部创建第一个 HeapOnly 对象，自然也无法调用非静态的 create。而静态成员函数属于'类本身'，不需要先创建对象就能调用（可以直接通过类名::函数名调用，比如HeapOnly::create()）。这样就能绕开'必须先有对象才能调用函数'的限制，在 create 内部用 new（调用私有构造函数）创建堆上的对象。
在 C++ 中，类型转换是程序中常见的操作。为了使转换行为更清晰、更安全，C++ 提供了四种显式类型转换运算符（也称为'转换的类模板'），分别是 static_cast、dynamic_cast、const_cast 和 reinterpret_cast。它们各自有明确的适用场景和特性。
static_cast 一般用于相近类型的转化。
例如 int 和 double：
int a = 10;
double b = static_cast<double>(a);
例如 char 和 long：
char c = 'c';
long d = static_cast<long>(c);
reinterpret_cast 一般用于不相关类型转化。
例如 int* 和 double*：
int* pInt = &a;
double* pDouble = reinterpret_cast<double*>(pInt);
例如 char* 和 double*：
char ch = 'c';
char* pChar = &ch;
double* pDouble = reinterpret_cast<double*>(pChar);
const_cast 一般用于去掉 const。
例如：
int x = 10;
// 本质是非 const 对象
const int* pc = &x;
// const 指针指向非 const 对象（仅限制通过该指针修改）
// 需求：需要通过指针修改 x 的值
int* non_const_ptr = const_cast<int*>(pc); // 移除 const
dynamic_cast 一般用于继承上的父->子的转化。
例如：
class A {
public:
virtual void f() {}
int _x = 0;
};
class B : public A {
public:
int _y = 0;
};
void fun(A* pa) {
// pa 是指向子类对象 B 的，转换可以成功，正常返回地址
// pa 是指向父类对象 A 的，转换失败，返回空指针
B* pb = dynamic_cast<B*>(pa);
if (pb) {
cout << "转换成功" << endl;
pb->_x++;
pb->_y++;
} else {
cout << "转换失败" << endl;
}
}
例如现在有一个类：
class Func {
public:
int a = 10;
operator bool() { return a; }
};
现在我们创建一个 Func 类类型的对象 A，并进行赋值：
int main() {
Func A;
bool pc = A;
cout << pc << endl;
return 0;
}
问：一个对象怎么赋值给一个变量呢？但是结果是可以的。
运算符重载的本质是重新定义运算符的行为，让自定义类型（类）能像内置类型（如 int、double）一样使用运算符。
operator int() 表示'将对象转换为 int 类型'，operator double() 表示'将对象转换为 double 类型'。
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