C++常见概念问题（2）

C++中异常处理

➢ 异常处理过程：
在执行程序发生异常，可以不在本函数中处理，而是抛出一个错误信
息，把它传递给上一级的函数来解决，上一级解决不了，再传给其上一级，
由其上一级处理。如此逐级上传，直到最高一级还无法处理的话，运行系统
会自动调用系统函数 terminate，由它调用 abort终止程序。这样的异常处
理方法使得异常引发和处理机制分离，而不在同一个函数中处理。这使得底
层函数只需要解决实际的任务，而不必过多考虑对异常的处理，而把异常处
理的任务交给上一层函数去处理。
➢ 异常处理机制的组成：try(检查)，throw(抛出)，catch(捕获)。
把需要检查的语句放在 try 模块中，检查语句发生错误，throw 抛出异
常，发出错误信息，由 catch 来捕获异常信息，并加以处理。一般 throw
抛出的异常要和 catch 所捕获的异常类型所匹配。

右值引用，移动语义，完美转发

右值（Rvalue）：表示一个临时的、不能被取地址的值，通常是一个字面量、临时对象或表达式的结果。右值只能出现在赋值语句的右边。
右值引用：右值引用通过&&符号表示，它主要用于绑定到临时对象（即右值），从而允许程序员更高效地管理资源。

为什么要右值引用

如果只能左值引用，要使用一个对象的副本时，需要进行深拷贝，需要资源复制开销较大；右值引用允许直接绑定到临时对象（右值），这样就可以定义特殊的构造函数和赋值运算符，这些构造函数和赋值运算符可以“移动”而非复制资源。这种操作通常称为移动构造和移动赋值。移动操作通常比复制操作要快，因为它们可以避免不必要的资源复制，例如，直接传递动态内存的指针而不是复制整个数组。

移动语义

当编译器看到&&的时候会判定为右值引用，对编译器来说这是一个临时变量的标识，对于临时变量来说我们仅仅做一次浅拷贝就行，不需要深拷贝，从而解决了前面提到的临时变量拷贝构造产生的性能损失的问题。这就是所谓的移动语义，右值引用的一个重要作用是用来支持移动语义的。

完美转发

右值引用的另一个用途是实现完美转发。完美转发允许函数模板接收任意类型的参数（包括左值和右值），并将参数转发给另一个函数，同时保持参数的原始属性（左值或右值）。

这在编写通用的库函数时非常有用，因为它允许函数透明地转发参数，使得库函数的用户不必关心参数是左值还是右值。

例如：

template<typename T>
void wrapper(T&& arg) {
    process(arg);  // 这里直接传递会导致错误的左值/右值属性
    process(std::forward<T>(arg));  // 正确的完美转发
}

在这个例子中，forwardValue使用右值引用和std::forward来完美转发其参数给processValue函数。

explicit 关键字有什么用

explicit 关键字在 C++ 中用于控制构造函数和转换函数的隐式调用。它的主要作用是防止编译器进行隐式类型转换，从而提高代码的安全性和可读性。

有了malloc/free为什么还要new/delete？

malloc和free是C语言标准库中的函数，用于动态内存管理。new和delete是C++语言中的运算符，它们同样用于动态内存管理，但与malloc和free相比，它们提供了一些额外的特性和优势：

类型安全：
- new可以自动进行类型检查，确保分配的内存用于正确的类型。如果尝试分配一个错误的类型，编译器会报错。
- malloc不进行类型检查，因此如果传递给malloc的指针类型不正确，可能会导致运行时错误。
异常处理：
- 在C++中，new可以抛出异常，如果内存分配失败，可以通过std::bad_alloc异常来处理。这使得内存分配失败时的错误处理更加灵活。
- malloc在分配失败时返回NULL，调用者需要检查返回值来处理错误。
构造函数调用：
- 使用new分配内存时，会自动调用对象的构造函数来初始化新分配的对象。
- malloc只分配内存，不会调用任何构造函数。
析构函数调用：
- 当使用delete删除对象时，会自动调用对象的析构函数来释放对象资源。
- free仅释放内存，不会调用析构函数。
引用计数：
- 在C++中，使用new[]和delete[]进行数组内存管理时，会自动处理引用计数，防止内存泄漏。
- malloc和free不提供这种机制，需要手动管理数组的生命周期。
兼容性：
- new和delete是C++的一部分，它们在C++程序中提供了一致的内存管理模型。
- malloc和free是C语言的一部分，在C和C++程序中都可以使用，但它们不是C++类型系统的一部分。
智能指针：
- C++中的智能指针（如std::unique_ptr, std::shared_ptr等）使用new和delete进行内存管理，提供了更高级的内存管理功能，如自动资源管理、异常安全等。

移动构造函数

**移动构造函数：**有时候我们会遇到这样一种情况，我们用对象a初始化对象b后对象a我们就不在使用了，但是对象a的空间还在呀（在析构之前），既然拷贝构造函数，实际上就是把a对象的内容复制一份到b中，那么为什么我们不能直接使用a的空间呢？这样就避免了新的空间的分配，大大降低了构造的成本。这就是移动构造函数设计的初衷。拷贝构造函数中，对于指针，我们一定要采用深层复制，而移动构造函数中，对于指针，我们采用浅层复制。
但是指针的浅层复制是非常危险的。浅层复制之所以危险，是因为两个指针共同指向一片内存空间，若第一个指针将其释放，另一个指针的指向就不合法了（pointer dangling）。所以我们只要避免第一个指针释放空间就可以了。避免的方法就是将第一个指针（比如a->value）置为NULL，这样在调用析构函数的时候，由于有判断是否为NULL的语句，所以析构a的时候并不会回收a->value指向的空间（同时也是b->value指向的空间）

为什么拷贝构造函数必须是引用？

为了防止递归调用。

如果不用引用，就会是值传递的方式，但是值传递会调用拷贝构造函数生成临时对象，从而又调用一次拷贝构造函数。就这样无穷的递归下去。

如果是指针类型

就变成了一个带参数的构造函数了。。。

比如A(A* test)

被free回收的内存是立即返还给操作系统吗

被free回收的内存会首先被ptmalloc使用双链表保存起来，当用户下一次申请内存的时候，会尝试从这些内存中寻找合适的返回。这样就避免了频繁的系统调用，占用过多的系统资源。同时ptmalloc也会尝试对小块内存进行合并，避免过多的内存碎片

向上类型转换和向下类型转换

**向上类型转换：**upcast，把派生类的指针或引用转换成基类的指针或者引用是安全的（或者说基类指针指向派生类）；因为用转换后的指针只能访问基类部分的函数时候，都可以访问，肯定安全。这个是隐式转换，c++认为是安全的。

**向下类型转换：**downcast，把基类指针或引用转换成派生类表示（或者说把派生类指针指向基类）时，由于没有动态类型检查，所以是不安全的。如果转换后的指针访问派生类新增加的函数，这个时候基类中本来没有这个函数，那就会出错。

很形象，向上就是派生类指针变成基类指针，向下就是基类指针变成派生类指针。

内存泄漏？出现内存泄漏如何调试？

内存泄露一般指的是堆内存的泄露，即用户自己开辟的内存空间。应用程序使用malloc、realloc、new等函数从堆中分配到一块内存后，必须调用free或delete进行回收，否则这块内存不能继续被使用。内存泄漏会因为减少可用内存的数量从而降低计算机的性能。最终，在最糟糕的情况下，过多的可用内存被分配掉导致全部或部分设备停止正常工作，或者应用程序崩溃。内存泄漏可能不严重，甚至能够被常规的手段检测出来。在现代操作系统中，一个应用程序使用的常规内存在程序终止时被释放。这表示一个短暂运行的应用程序中的内存泄漏不会导致严重后果。在C++中出现内存泄露的主要原因就是程序猿在申请了内存后(malloc(), new)，没有及时释放没用的内存空间，甚至消灭了指针导致该区域内存空间根本无法释放。

内存泄漏的原因