C/C++内存管理与初阶模板
今日的内容相对简单一些，不像前两篇那么繁杂；更好上手，话不多说，上车！！！
(1)C/C++内存分布
首先我们写看看以下代码，是面试和笔试时常出现的题目类型
若我们想要把这类题目解出来，我们需要对四大储存空间有一定的认识（接下来是干货时刻）
1.栈
<1>储存函数调用时的局部变量(临时变量，函数参数)
<2>记录调用信息(如返回地址、栈帧指针、用于函数调用结束后恢复执行流程)
特点：自动分配和释放，空间较小，访问速度快
2.堆
储存动态分配的内存数据，比如程序运行中通过的malloc、new等手动申请的内存
特点：需要手动分配和释放(否则可能内存泄漏)，空间较大，访问速度较慢
3.数据段(静态区)
储存全局变量和静态变量(包括初始化和未初始化的)
4.代码段(常量区)——>(程序运行期间不会被修改的数据)
储存程序的可执行程序(二进制指令)，以及只读常量
特点：通常只读，防止程序意外修改指令，安全性较高
公布答案
1.C 2.C 3.C 4.A 5.A 6.A 7.A 8.A 8.D 10.A 11.B
附：
const int x=10;(问x储存在哪？)
答：x存在栈上，const是用来误导选择的
【说明】
- 栈又叫堆栈--非静态局部变量/函数参数/返回值等等，栈是向下增长的
- 内存映射段是高效的I/O映射方式，用于装载一个共享的动态内存库。用户可使用系统接口 创建共享共享内存，做进程间通信。（Linux课程如果没学到这块，现在只需要了解一下）
- 堆用于程序运行时动态内存分配，堆是可以上增长的
- 数据段--存储全局数据和静态数据
- 代码段--可执行的代码/只读常量
(2) C语言中动态内存管理方式：malloc/calloc/realloc/free
【面试题】 1. malloc/calloc/realloc的区别？
2. malloc的实现原理？
3. glibc中malloc实现原理（【CTF】GLibc堆利用入门-机制介绍_哔哩哔哩_bilibili）
(3)C++内存管理方式
C语言内存管理方式在C++中可以继续使用，但有些地方就无能为力，而且使用起来比较麻烦，因 此C++又提出了自己的内存管理方式：通过new和delete操作符进行动态内存管理
3.1 new/delete操作内置类型
注意：申请和释放单个元素的空间，使用new和delete操作符，申请和释放连续的空间，使用new[]和delete[]，注意：匹配起来使用
3.2 new和delete操作自定义类型
注意：在申请自定义类型的空间时，new会调用构造函数，delete会调用析构函数，而malloc与free不会
附：free一定会释放空间，而析构函数不一定会释放空间
(4)operator new与operator delete函数（重要点进行讲解）
4.1 operator new与operator delete函数(重点)
- new和delete是用户进行动态内存申请和释放的操作符，operator new 和operator delete是 系统提供的全局函数，new在底层调用operator new全局函数来申请空间，delete在底层通过 operator delete全局函数来释放空间
- 通过上述两个全局函数的实现知道，operator new 实际也是通过malloc来申请空间，如果 malloc申请空间成功就直接返回，否则执行用户提供的空间不足应对措施，如果用户提供该措施 就继续申请，否则就抛异常。operator delete 最终是通过free来释放空间的
(5)new和delete的实现原理
5.1 内置类型
如果申请的是内置类型的空间，new和malloc，delete和free基本类似，不同的地方是： new/delete申请和释放的是单个元素的空间，new[]和delete[]申请的是连续空间，而且new在申请空间失败时会抛异常，malloc会返回NULL
5.2 自定义类型
- new的原理
1. 调用operator new函数申请空间
2. 在申请的空间上执行构造函数，完成对象的构造
- delete的原理
1. 在空间上执行析构函数，完成对象中资源的清理工作
2. 调用operator delete函数释放对象的空间
- new T[N]的原理
1. 调用operator new[]函数，在operator new[]中实际调用operator new函数完成N个对 象空间的申请
2. 在申请的空间上执行N次构造函数
- delete[]的原理
1. 在释放的对象空间上执行N次析构函数，完成N个对象中资源的清理
2. 调用operator delete[]释放空间，实际在operator delete[]中调用operator delete来释放空间
(6)定位new表达式(placement-new)(了解)
定位new表达式是在已分配的原始内存空间中调用构造函数初始化一个对象。
使用格式：new (place_address) type或者new (place_address) type(initializer-list) place_address必须是一个指针，initializer-list是类型的初始化列表
使用场景： 定位new表达式在实际中一般是配合内存池使用。因为内存池分配出的内存没有初始化，所以如 果是自定义类型的对象，需要使用new的定义表达式进行显示调构造函数进行初始化
附：内存池技术是为了处理需要高频向堆申请的场景
(7)malloc/free和new/delete的区别
malloc/free和new/delete的共同点是：都是从堆上申请空间，并且需要用户手动释放。不同的地方是：
- malloc和free是函数，new和delete是操作符
- malloc申请的空间不会初始化，new可以初始化
- malloc申请空间时，需要手动计算空间大小并传递，new只需在其后跟上空间的类型即可， 如果是多个对象，[]中指定对象个数即可
- malloc的返回值为void*, 在使用时必须强转，new不需要，因为new后跟的是空间的类型
- malloc申请空间失败时，返回的是NULL，因此使用时必须判空，new不需要，但是new需 要捕获异常
- 申请自定义类型对象时，malloc/free只会开辟空间，不会调用构造函数与析构函数，而new 在申请空间后会调用构造函数完成对象的初始化，delete在释放空间前会调用析构函数完成 空间中资源的清理释放
(8)模板初阶
8.1 泛型编程
接下来看以下场景
使用函数重载虽然可以实现，但是有一下几个不好的地方：
1. 重载的函数仅仅是类型不同，代码复用率比较低，只要有新类型出现时，就需要用户自己增 加对应的函数
2. 代码的可维护性比较低，一个出错可能所有的重载均出错
那能否告诉编译器一个模子，让编译器根据不同的类型利用该模子来生成代码呢？
泛型编程：编写与类型无关的通用代码，是代码复用的一种手段。模板是泛型编程的基础
(9)函数模板
9.1 函数模板概念
函数模板代表了一个函数家族，该函数模板与类型无关，在使用时被参数化，根据实参类型产生 函数的特定类型版本
9.2 函数模板格式
template 返回值类型
函数名(参数列表){}
注意：typename是用来定义模板参数关键字，也可以使用class(切记：不能使用struct代替 class)
9.3 函数模板原理
函数模板是一个蓝图，它本身并不是函数，是编译器用使用方式产生特定具体类型函数的模具。 所以其实模板就是将本来应该我们做的重复的事情交给了编译器
在编译器编译阶段，对于模板函数的使用，编译器需要根据传入的实参类型来推演生成对应 类型的函数以供调用。比如：当用double类型使用函数模板时，编译器通过对实参类型的推演， 将T确定为double类型，然后产生一份专门处理double类型的代码，对于字符类型也是如此
9.4 函数模板实例化
用不同类型的参数使用函数模板时，称为函数模板的实例化。模板参数实例化分为：隐式实例化 和显式实例化
<1>隐式实例化：让编译器根据实参推演模板参数的实际类型
<2>显式实例化：在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型
如果类型不匹配，编译器会尝试进行隐式类型转换，如果无法转换成功编译器将会报错
9.5 模板参数的匹配原则
<1>一个非模板函数可以和一个同名的函数模板同时存在，而且该函数模板还可以被实例化为这 个非模板函数
<2> 对于非模板函数和同名函数模板，如果其他条件都相同，在调动时会优先调用非模板函数而 不会从该模板产生出一个实例。如果模板可以产生一个具有更好匹配的函数， 那么将选择模板
<3>模板函数不允许自动类型转换，但普通函数可以进行自动类型转换
(10)类模板
10.1 类模板的定义格式
10.2 类模板的实例化
类模板实例化与函数模板实例化不同，类模板实例化需要在类模板名字后跟<>，然后将实例化的 类型放在<>中即可，类模板名字不是真正的类，而实例化的结果才是真正的类
总结：
【优点】
- 模板复用了代码，节省资源，更快的迭代开发，C++的标准模板库(STL)因此而产生
- 增强了代码的灵活性
【缺陷】
- 模板会导致代码膨胀问题，也会导致编译时间变长
- 出现模板编译错误时，错误信息非常凌乱，不易定位错误
