C++ 核心概念、内存管理与多态机制详解

引用与指针

引用是什么？

引用是变量的别名，创建时必须初始化并绑定有效对象，一旦绑定不可更改。

优势

• 不占额外内存，避免大对象拷贝开销。
• 作为函数参数可避免指针解引用的复杂性，提高可读性。
• 返回引用可避免临时对象拷贝。

引用与指针区别

• 本质：指针是变量存地址，可改指向；引用是别名，不可改绑。
• 访问：指针需解引用，引用直接访问。
• 空值：引用不能为空，指针可以为空。
• 多级：指针有多级概念，引用没有。
• 运算：引用 ++ 是值自增，指针 ++ 是地址偏移。

注意：不要返回局部变量的引用或指针，函数结束会导致悬垂引用或野指针。

内存管理

堆和栈的区别

• 栈：自动管理，由编译器分配释放，速度快，容量小。
• 堆：手动管理，使用 new/malloc 申请，delete/free 释放，灵活但易泄漏。

指针常量与常量指针

1. 指向常量的指针 (const int* p)：指针可变，内容不可变。
2. 常量指针 (int* const p)：指针不可变，内容可变。
3. 指向常量的常量指针 (const int* const p)：指针和内容均不可变。

NULL 与 nullptr

• NULL：C 中通常定义为 (void*)0，C++ 中定义为 0。C++ 类型检查更严，0 可隐式转为指针。
• nullptr：C++11 引入，类型为 std::nullptr_t，类型安全且语义明确，推荐优先使用。

new/delete 与 malloc/free

• new/delete：C++ 运算符。new 自动计算大小，返回正确类型指针，失败抛异常，会调用构造函数/析构函数。
• malloc/free：C 库函数。需手动指定字节数，返回 void*，失败返回空，不调用构造函数/析构函数。

底层机制：new 通常先调用 malloc 分配内存，再调用构造函数；delete 先调用析构函数清理资源，再调用 free 释放内存。new 可以重载以定制分配策略。

C++11 新特性

Lambda 表达式

Lambda 允许在代码中直接定义匿名函数，适合临时回调场景。它能捕获外部变量，减少代码量，但逻辑复杂时建议用普通函数。

内联函数

使用 inline 关键字建议编译器将函数体插入调用处，减少调用开销。适用于简单频繁调用的函数。递归函数通常不适合内联。

智能指针

C++11 引入 <memory> 头文件中的智能指针，自动管理内存生命周期。

• unique_ptr：独占所有权，不可复制，可用 std::move 转移所有权。
• shared_ptr：共享所有权，引用计数管理，最后一个销毁时释放内存。注意不要用原始指针初始化多个 shared_ptr。
• weak_ptr：弱引用，不增加计数，用于打破 shared_ptr 循环引用。

函数模板

使用 template 关键字编写通用代码，编译器根据参数类型生成实例。STL 大量依赖模板。需注意模板特化及代码膨胀问题。