C++ 核心概念与内存管理实战总结

重载、重写、隐藏

• 重载：同一作用域内，函数名相同但参数不同（类型、个数、顺序）。编译器根据签名区分。
• 重写：派生类重新定义基类虚函数，名字参数一致。用于通过基类指针调用派生类实现。
• 隐藏：派生类定义同名的非虚函数或参数不同的函数，导致基类函数被隐藏。

引用

是什么？

引用是变量的别名，创建时必须初始化并绑定到一个有效对象。

好处

• 不占额外内存，避免大对象复制开销。
• 作为函数参数可修改实参，且比指针更安全可读。
• 返回左值引用可避免拷贝构造。

为什么不能初始化为空？

引用必须绑定到有效对象，一旦创建不可更改指向。这与指针不同，指针可为空且可变。

引用与指针的区别

• 本质：指针是变量存地址，引用是别名。
• 初始化：引用必须初始化，指针可选。
• 赋值：指针可改变指向，引用不可。
• 解引用：指针需 * 操作，引用直接访问。
• 多级：指针有多级概念，引用没有。
• 返回值：返回局部变量引用会导致悬垂引用，返回指针则为野指针，均不安全。

内存分区

堆和栈的区别

• 栈：自动管理，函数调用时分配，退出时释放。
• 堆：手动申请和释放，使用 new/malloc 申请，delete/free 释放。

指针常量和常量指针

1. 指向常量的指针 (const int *p)：指针可变，内容不可改。
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)：指针和内容均不可改。

NULL 与 nullptr

• C 语言：NULL 通常定义为 (void *)0，利用隐式转换赋给任意指针。
• C++：NULL 定义为 0，因 C++ 类型检查严格。推荐使用 nullptr，具有专门类型 std::nullptr_t，类型安全且语义清晰。

构造函数与析构函数

构造函数

• 函数名与类名相同，无返回值。
• 创建对象时自动调用，未定义时编译器提供默认无参构造函数。
• 成员变量初始化应在初始化列表中进行。

拷贝构造

• 调用时机：用一个对象初始化新对象、值传递参数或返回值。
• 参数要求：必须是引用，否则会导致无限递归。加 const 避免修改实参。
• 深浅拷贝：浅拷贝仅复制指针地址，深拷贝复制堆区实际内容。

析构函数

• 函数名与类名前加 ~，无参数返回值。
• 销毁对象时自动调用，负责释放成员变量指向的堆区内存。

new 和 malloc

区别

• new/delete：C++ 运算符，自动计算大小，返回正确类型指针，可重载，失败抛异常。
• malloc/free：C 库函数，需手动指定字节数，返回 void*，需强转，失败返回 NULL。

底层机制

• new 先调用 malloc 分配内存，再调用构造函数初始化。
• delete 先调用析构函数清理资源，再调用 free 释放内存。
• new[] 和 delete[] 分别处理数组，依次调用析构函数。

C++11 新特性

lambda 表达式

匿名函数，可在局部作用域直接定义，适合临时回调。支持捕获外部变量，但逻辑不宜过于复杂。

内联函数

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

解决手动管理内存导致的泄漏问题，核心是引用计数。

• 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，引用计数减至 0 时释放。注意不要直接用原始指针初始化多个 shared_ptr。
• weak_ptr：弱引用，不增加计数，用于打破循环引用。

函数模板

允许编写通用代码，避免重复。编译器根据参数类型生成实例。STL 广泛使用模板特化来处理特定类型需求。