C++函数模板与内存管理详解

情景引入：

现在假设我们要写一个swap函数交换两个值的大小，我们知道在之前讲过的函数重载是支持不同类型的参数重载的，因此我们只要写出int ,double ,char ,float ,bool的类型函数重载就行了，但是这个函数的功能差距不大，就因为类型不同我们就要写这么多，这显然不划算，因此C++里面提出了一种方法，支持模糊的类型匹配————模板

目录

一：模板

二：内存管理

1）内存分布

2）new和delete

3）简单介绍new和delete底层原理。

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一：模板

我们前面知道模板支持模糊匹配，但是这并不代表模板的类型匹配不严格，相反模板里面是不允许类型的隐式转化（除非显示标注类型），从某种意义上来说，模板的类型匹配更加严格，那这是什么情况呢？看起来我们确实利用函数模板偷懒了很多，其实真正意义上并没有偷懒，只是我们偷的懒被系统做了而已。我们先看下面这个模板

template//类模板的定义
void swap(A& a,B& b){
A temp=a;             
a=b;
b=temp;
}          出了作用域若想要再次使用模板就需要重新定义，
            模板只管模板定义处的下一行或者下一个作用域

那么编译器到底是怎么帮我们偷懒的呢？在我们没有使用这个函数的时候是并没有这个函数的，当我们使用的时候编译器通过对类型的辨认如何形成这个函数，在通过这个函数去进行操作。

现在有这么一个函数的模板

template
void swap(B& a,B& b){
B temp=a;             
a=b;
b=temp;
}        

如果我们传一个这个参数过去会怎么样呢？

int a=1;
double b=0.0;
swap(a,b);

编译器会帮我们成功的交换吗?事实是编译器会报错，这是因为只有一个模板却有两个类型，有些情况就是这样的那我们怎么办呢？当然有办法，那就是使用的时候显示指定类型，如下

int a=1;
double b=0.0;
swap(a,b);
swap(a,b);

二：内存管理

1）内存分布

在C++中内存大概可以分为五块

向下生长的栈空间：栈是用来储存局部变量和函数的空间，因为使用的时候，地址是越来越小，所以称为向下生长，因为这一块空间用完了它就会向比它地址低的空间去申请，并且栈只支持静态增长。

向上生长的堆：堆是支持动态增长的，像malloc，calloc，realloc，new的空间都是在这里开辟的，这里的空间直到程序结束才会释放，因此需要我们手动释放开辟的空间，但要注意释放空间不能多次释放。使用这里的空间地址是越来越大的，因为这一块空间用完了它就会向比它地址高的空间去申请

内存映射段：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。

数据段：存储全局数据和静态数据

代码段：存储可执行代码和只读常量

2）new和delete

在C++中new和delete是类似与C里面的malloc和realloc还有calloc的开辟空间的手段

区别：new和delete是内置基本操作符，malloc等是函数，

new=开辟空间+调用构造函数

delete=调用析构函数+释放空间

malloc=开辟空间

free=释放空间

new,malloc,delete,free能混着用吗？

答案：不能，因为可能会造成内存泄漏，new的类里面可能还有在堆上开辟的空间，如果不调用析构函数释放会造成内存泄漏

有些人就要问了，为什么有了malloc和realloc和calloc还有发明new？

那我们想象一下，我们创建了一个类，我们使用malloc的方式给它开辟空间，我们该如果给它初始化呢？

这就暴露的malloc等的一个大弊端，malloc，calloc是无法给自定义类型初始化的，new应运而生，new支持对自定义类型的初始化。我们看代码，里面有从基本内置类型到类的new空间基本操作

int* a=new int;//只开辟空间，不初始化
int* a=new int(6);//给a开辟空间并且初始化为6
delete a;//释放空间
int* a=new int[6];//给a开辟一个数组大小为6
int* a=new int[6]{1,2,3,4,5,6};//给a开辟一个数组大小为6，并且全部赋值
int* a=new int[6];//数组里面全是随机值
int* a=new int[6]{};//数组里面全是0
delete[] a; //释放空间
Date a=new Date{2023,11,11};//日期类并且赋初值
delete a;释放空间
Date a[3]=new Date[3]{(2023,11,11),(2024,11,11),(2025,11,11)};//自定义类型数组赋初值
delete[] a；

看到上面，你有没有想为什么数组释放空间需要[]，这个真的毫无用处吗？

错，首先我们想一下，编译器是如何判断这个数组有多大的空间，如果是你你会怎么做？编译器在开辟空间会多开四个字节，正好一个int大小，这个int用来储存数组的数量，通过这个int我们就可以准确的释放数组空间，这个int类型一般在开辟空间的前面，这样就可以快速准确拿到数组大小，释放空间，如果我们不使用[]这个，那么空间就会从中间被释放，导致报错。

3）简单介绍new和delete底层原理。

在new和delete的底层原理其实就是调用了被封装的malloc和free，malloc被封装在new的函数重载里面，free被封装在delete的函数重载里面，为什么要封装呢？这是因为malloc分配空间出错是直接返回0，而C++的要求的抛错，为了达到这个效果，必需封装一下malloc和free，并且不要忘记new里面会调用构造函数delete里面会调用析构函数。new的函数重载只负责开辟空间，delete的函数重载只负责释放空间，调用析构函数和构造函数还是在new运算符里面。

new=malloc+调用构造函数

delete=free+释放空间

malloc=开辟空间

free=释放空间