operator new和operator delete函数、new和delete的实现原理、内存泄漏、泛型编程、模板

operator new和operator delete函数

定义： operator new和operator delete是系统提供的全局函数；用法与malloc和free相同，功能都是在堆上申请、释放空间；

int* p1 = (int*)operator new (siaeof(int));
operator delete(p1);

• operator new实际上是通过malloc来申请空间的，申请成功时直接返回，失败时，会尝试执行空间不足应对措施，若该应对措施用户设置了，则继续申请，否则抛异常；
• operator delete实际上是通过调用free释放空间。
  
  注：
  malloc和operator new用法一样，但是申请空间失败后的方式不一样：malloc失败后返回NULL，operator new失败后抛异常。

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new和delete的实现原理

针对内置类型：

• new、delete和malloc、free申请空间基本相似；
• 不同之处在于：new、delete申请、释放的是单个元素空间，new[]、delete[]申请释放的是连续空间；申请空间失败时，malloc返回NULL，operator new抛异常。

针对自定义类型：

1. new：调用operator new函数申请空间，在申请的空间上执行构造函数，完成对象的构造；
2. delete：在空间上执行析构函数，完成对象中资源的清理工作，调用operator delete函数释放对象的空间；
3. newT[N]： 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，在申请的空间上执行N次构造函数；
4. delete[]： 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，调用operator delete[]释放空间，实际在operator delete[]中调用operator delete来释放空间。

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小结malloc/free和new/delete：

1. 都是在堆上申请空间，需要用户手动释放空间；
2. malloc/free是函数，new/delete是操作符；
3. malloc申请的空间不会初始化，new申请的可以初始化；
4. malloc申请空间时，需要手动计算空间大小传递给（sizeof），new只需要在后面跟上空间类型即可，如果是多个对象，需要在[]中指定对象个数；
5. malloc返回值为void*，使用时必须进行类型强转；new不需要强转（因为new后直接跟的就是类型）；
6. malloc申请空间失败时返回NULL，使用时必须判空，new不需要判空，它申请失败时会抛异常；
7. 申请自定义对象时，malloc、free只会开辟空间和释放内存；new还会在申请空间之后调用构造函数完成初始化，delete会在释放空间之前调用析构函数完成空间中的资源清理。

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内存泄漏

定义：

• 指因为疏忽或错误造成内存未能释放，从而不能再去使用该段内存的情况；
• 内存泄漏并不是指内存在物理上的消失，而是失去了对该段内存的控制（可以理解为是指针丢了，不是内存丢了），造成了内存空间浪费。

危害：会导致操作系统、服务器等反映越来越慢，最终可能会卡死。

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泛型编程

定义： 泛型编程指编写与类型无关的通用的代码，是代码复用的一种手段，模板是泛型编程的基础。

• 模板分为：函数模板、类模板。

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函数模板

定义： 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，能根据实参类型产生函数的特定类型版本。

函数模板格式：
template<typename T1, typename T2,…,typename Tn>
返回值类型 函数名(参数列表){}

template <class T>;
void my_sawp(T& x1,T& x2)
{
  T tmp = x1;
  x1 = x2;
  x2 = tmp;
}

注：定义模板T，既可以使用template，也可以使用class。

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函数模板的实例化：

• 函数模板的实例化是指根据不同类型的形参，调用的是不同类型的函数；
• 隐式实例化：编译器会通过实参推形参的类型T分别为哪种；
• 显式实例化：不让编译器推演类型，显式指定类型（实参类型不一致）。当实参类型不一致时，可在调用函数名后加<>，里面表示类型（即告诉编译器去调用哪个函数）。

模板参数的匹配原则：

-当 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，则与非模板函数匹配，编译器不需要特化；

• 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；
• 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。

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类模板

定义格式：

template<class T1, class T2, ..., class Tn> 
class 类模板名
{ 
  // 类内成员定义
};

类模板的实例化 ：
类模板实例化与函数模板实例化不同，实例化需要在类模板名字后跟<>，再将实例化的类型放在<>中，注意：类模板名字不是真正的类，而实例化后的结果才是真正的类。