动态内存分配
- 关于堆
C++程序的内存格局通常分为四个区：
全局数据区、代码区、栈区、堆区
- 全局变量、静态数据、常量存放在全局数据区，所有类成员函数和非成员函数代码存放在代码区，为运行函数而分配的局部变量、函数参数、返回类型、返回数据、返回地址等存放在栈区，余下的空间作为堆区。
- 函数malloc和free，在头文件malloc.h中声名，而操作符new和delete是C++语言的一部分，无需包含头文件。它们都是从堆中分配和释放内存块，但在具体操作两者有很大的区别。
- 操作堆内存时，如果分配了内存，就有责任回收它，否则会造成内存泄漏。这与函数中在栈区分配局部变量的本质不同。
- 需要new和delete的原因
malloc 与 free 是 C++/C 语言的标准库函数，new/delete 是 C++的运算符。他们都可用于申请动态内存和释放内存。对于非内部数据类型的对象而言，光用 malloc/free无法满足动态对象的要求。对象在创建的同时要自动执行构造函数，对象在消亡之前要自动执行析构函数。由于 malloc/free 是库函数而不是运算符，不在编译器控制权限之内，不能够把执行构造函数和析构函数的任务强加于 malloc/free。因此 C++语言需要一个能完成动态内存分配和初始化工作的运算符 new，以及一个能完成清理与释放内存工作的运算符 delete。注意 new 和 delete 不是库函数。
拷贝构造函数
- 拷贝构造函数的概念
拷贝构造函数是一种特殊的构造函数，它在创建对象时，是使用同一类中之前创建的对象来初始化新创建的对象。拷贝构造函数通常用于：
通过使用另一个同类型的对象来初始化新创建的对象。
复制对象把它作为参数传递给函数。
复制对象，并从函数返回这个对象。
如果在类中没有定义拷贝构造函数，编译器会自行定义一个。如果类带有指针变量，并有动态内存分配，则它必须有一个拷贝构造函数。拷贝构造函数的最常见形式如下：
classname (const classname &obj) {
// 构造函数的主体
}
在这里，obj 是一个对象引用，该对象是用于初始化另一个对象的。
下面看一个类对象拷贝的简单例子。
#include <iostream>
using namespace std;
class CExample {
private:
int a;
public:
//构造函数
CExample(int b)
{ a = b;}
//一般函数
void Show ()
{
cout<<a<<endl;
}
};
int main()
{
CExample A(100);
CExample B = A; //注意这里的对象初始化要调用拷贝构造函数，而非赋值
B.Show ();
return 0;
}
运行程序，屏幕输出100。从以上代码的运行结果可以看出，系统为对象 B 分配了内存并完成了与对象 A 的复制过程。就类对象而言，相同类型的类对象是通过拷贝构造函数来完成整个复制过程的。
下面举例说明拷贝构造函数的工作过程。
#include <iostream>
using namespace std;
class CExample {
private:
int a;
public:
//构造函数
CExample(int b)
{ a = b;}
//拷贝构造函数
CExample(const CExample& C)
{
a = C.a;
}
//一般函数
void Show ()
{
cout<<a<<endl;
}
};
int main()
{
CExample A(100);
CExample B = A; // CExample B(A); 也是一样的
B.Show ();
return 0;
}
CExample(const CExample& C) 就是我们自定义的拷贝构造函数。可见，拷贝构造函数是一种特殊的构造函数，函数的名称必须和类名称一致，它必须的一个参数是本类型的一个引用变量。
- 拷贝构造函数的使用时机
在C++中，下面三种对象需要调用拷贝构造函数！
- 对象以值传递的方式传入函数参数
class CExample
{
private:
int a;
public:
//构造函数
CExample(int b)
{
a = b;
cout<<"creat: "<<a<<endl;
}
//拷贝构造
CExample(const CExample& C)
{
a = C.a;
cout<<"copy"<<endl;
}
//析构函数
~CExample()
{
cout<< "delete: "<<a<<endl;
}
void Show ()
{
cout<<a<<endl;
}
};
//全局函数，传入的是对象
void g_Fun(CExample C)
{
cout<<"test"<<endl;
}
int main()
{
CExample test(1);
//传入对象
g_Fun(test);
return 0;
}
调用g_Fun()时，会产生以下几个重要步骤：
(1).test对象传入形参时，会先会产生一个临时变量，就叫 C 吧。
(2).然后调用拷贝构造函数把test的值给C。 整个这两个步骤有点像：CExample C(test);
(3).等g_Fun()执行完后, 析构掉 C 对象。
- 对象以值传递的方式从函数返回
class CExample
{
private:
int a;
public:
//构造函数
CExample(int b)
{
a = b;
}
//拷贝构造
CExample(const CExample& C)
{
a = C.a;
cout<<"copy"<<endl;
}
void Show ()
{
cout<<a<<endl;
}
};
//全局函数
CExample g_Fun()
{
CExample temp(0);
return temp;
}
int main()
{
g_Fun();
return 0;
}
当g_Fun()函数执行到return时，会产生以下几个重要步骤：
(1). 先会产生一个临时变量，就叫XXXX吧。
(2). 然后调用拷贝构造函数把temp的值给XXXX。整个这两个步骤有点像：CExample XXXX(temp);
(3). 在函数执行到最后先析构temp局部变量。
(4). 等g_Fun()执行完后再析构掉XXXX对象。
- 对象需要通过另外一个对象进行初始化；
CExample A(100);
CExample B = A;
// CExample B(A);
后两句都会调用拷贝构造函数。
- 默认拷贝构造函数
很多时候在我们都不知道拷贝构造函数的情况下，传递对象给函数参数或者函数返回对象都能很好的进行，这是因为编译器会给我们自动产生一个拷贝构造函数，这就是“默认拷贝构造函数”，这个构造函数很简单，仅仅使用“老对象”的数据成员的值对“新对象”的数据成员一一进行赋值，它一般具有以下形式：
Rect::Rect(const Rect& r)
{
width = r.width;
height = r.height;
}
当然，以上代码不用我们编写，编译器会为我们自动生成。但是如果认为这样就可以解决对象的复制问题，那就错了，让我们来考虑以下一段代码：
class Rect
{
public:
Rect() // 构造函数，计数器加1
{
count++;
}
~Rect() // 析构函数，计数器减1
{
count--;
}
static int getCount() // 返回计数器的值
{
return count;
}
private:
int width;
int height;
static int count; // 一静态成员做为计数器
};
int Rect::count = 0; // 初始化计数器
int main()
{
Rect rect1;
cout<<"The count of Rect: "<<Rect::getCount()<<endl;
Rect rect2(rect1); // 使用rect1复制rect2，此时应该有两个对象
cout<<"The count of Rect: "<<Rect::getCount()<<endl;
return 0;
}
这段代码对前面的类，加入了一个静态成员，目的是进行计数。在主函数中，首先创建对象rect1，输出此时的对象个数，然后使用rect1复制出对象rect2，再输出此时的对象个数，按照理解，此时应该有两个对象存在，但实际程序运行时，输出的都是1，反应出只有1个对象。此外，在销毁对象时，由于会调用销毁两个对象，类的析构函数会调用两次，此时的计数器将变为负数。
说白了，就是拷贝构造函数没有处理静态数据成员.
出现这些问题最根本就在于在复制对象时，计数器没有递增，我们重新编写拷贝构造函数，如下：
class Rect
{
public:
Rect() // 构造函数，计数器加1
{
count++;
}
Rect(const Rect& r) // 拷贝构造函数
{
width = r.width;
height = r.height;
count++; // 计数器加1
}
~Rect() // 析构函数，计数器减1
{
count--;
}
static int getCount() // 返回计数器的值
{
return count;
}
private:
int width;
int height;
static int count; // 一静态成员做为计数器
};
- 浅拷贝和深拷贝
浅拷贝和深拷贝的区别
（1).在未定义显示拷贝构造函数的情况下，系统会调用默认的拷贝函数——即浅拷贝，它能够完成成员的一一复制。当数据成员中没有指针时，浅拷贝是可行的；但当数据成员中有指针时，如果采用简单的浅拷贝，则两类中的两个指针将指向同一个地址，当对象快结束时，会调用两次析构函数，而导致指针悬挂现象，所以，此时，必须采用深拷贝。
(2). 深拷贝与浅拷贝的区别就在于深拷贝会在堆内存中另外申请空间来储存数据，从而也就解决了指针悬挂的问题。简而言之，当数据成员中有指针时，必须要用深拷贝。示例解释
c++默认的拷贝构造函数是浅拷贝
浅拷贝就是对象的数据成员之间的简单赋值，如你设计了一个没有类而没有提供它的复制构造函数，当用该类的一个对象去给令一个对象赋值时所执行的过程就是浅拷贝，如：
class A
{
public:
A(int _data) : data(_data){}
A(){}
private:
int data;
};
int main()
{
A a(5), b = a; // 仅仅是数据成员之间的赋值
}
这一句b = a;就是浅拷贝，执行完这句后b.data = 5;
如果对象中没有其他的资源（如：堆，文件，系统资源等），则深拷贝和浅拷贝没有什么区别，但当对象中有这些资源时，例子：
class A
{
public:
A(int _size) : size(_size)
{
data = new int[size];
} // 假如其中有一段动态分配的内存
A(){};
~A()
{
delete [] data;
} // 析构时释放资源
private:
int* data;
int size;
}
int main()
{
A a(5), b = a; // 注意这一句
}
这里的b = a会造成未定义行为，因为类A中的复制构造函数是编译器生成的，所以b = a执行的是一个浅拷贝过程。我说过浅拷贝是对象数据之间的简单赋值，比如：
b.size = a.size;
b.data = a.data; // Oops!
这里b的指针data和a的指针指向了堆上的同一块内存，a和b析构时，b先把其data指向的动态分配的内存释放了一次，而后a析构时又将这块已经被释放过的内存再释放一次。对同一块动态内存执行2次以上释放的结果是未定义的，所以这将导致内存泄露或程序崩溃。
所以这里就需要深拷贝来解决这个问题，深拷贝指的就是当拷贝对象中有对其他资源（如堆、文件、系统等）的引用时（引用可以是指针或引用）时，对象的另开辟一块新的资源，而不再对拷贝对象中有对其他资源的引用的指针或引用进行单纯的赋值。如：
class A
{
public:
A(int _size) : size(_size)
{
data = new int[size];
} // 假如其中有一段动态分配的内存
A(){};
A(const A& _A) : size(_A.size)
{
data = new int[size];
} // 深拷贝
~A()
{
delete [] data;
} // 析构时释放资源
private:
int* data;
int size;
}
int main()
{
A a(5), b = a; // 这次就没问题了
}
总结：深拷贝和浅拷贝的区别是在对象状态中包含其它对象的引用的时候，当拷贝一个对象时，如果需要拷贝这个对象引用的对象，则是深拷贝，否则是浅拷贝。
