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C++面试题总结

内存结构

  1. 堆/栈/全局（静态）存储区/常量存储区/程序代码区

C++的性质

  • 封装/继承/多态
  • 封装
  1. 其实就是public 和 private

  • 继承

  • 多态：将基类类型指针或引用指向派生类的对象，接口重用。

  1. 重载：允许存在多个同名函数，这些函数的参数表不同，返回类型也可以不同。
  2. 覆盖（重写）： 指定子类重新定义父类的虚函数的做法。在父类定义一个virtual方法，在子类重写这个方法。参数/返回类型都必须相同，如果只有返回类型不同，会报错；否者会视为普通的函数重载，虚函数特性丢失，访问修饰符可以不同（public/private)
  3. 重定义：子类中重新定义父类中相同名称的非虚函数，派生类的函数隐蔽类与其同名的基类函数。可以理解为发生在继承中的重载。
  4. 虚函数：虚函数的作用是允许在派生类中重新定义与积累同名的函数。

子类析构时要调用父类的析构函数吗？

  1. 析构和构造函数和栈相似。

多态，虚函数，纯虚函数

  1. 虚函数：在基类中冠以关键字virtual的成员函数，提供一种接口节面，允许派生类中对基类的虚函数重新定义。
  2. 纯虚函数：在基类中为其派生类保存一个函数的名字，以便派生类根据需要对它进行定义，作为接口而存在，纯虚函数不具备函数的功能，一般不能被直接调用。
  3. 包含至少一个纯虚函数的类为抽象类，抽象类必须作为其他派生类的基类，不能直接创建对象实例。
  4. 带有虚函数的每一个对象都有一个虚指针指向虚表。

引用

  1. 引用不存在空引用，必须连接到一块合法的内存。必须初始化，指可以在任何时间被初始化。（不会分配地址）
  2. 一旦引用被初始化为一个对象，就不能被指向到另一个对象。
  3. 将“引用”作为函数参数有哪些特点：（1）效果和传递指针是一样的（2）指针调用时，需要用变量的地址，而引用则不需要。
  4. 常(const)引用：保护传递给函数的数据不在函数中被改变。
  5. 将“引用”作为函数返回值的格式，好处和需要遵守的规则
  • 好处：在内存中不产生返回值的副本。
  • 注意事项：（1）不能返回局部变量的引用。（2）不能返回函数内部new分配的内存的引用（函数返回的引用只是作为一个临时变量的出现，没有被赋予一个实际的变量，这个引用指向的空间无法被释放，造成内存泄漏。

结构体和联合体

  1. struc和union都是由多个不同的数据类型成员组成，但在任何同一时刻，union中只存放一个被选中的成员，而struct的所有成员都存在。在struct中，各成员都有自己的内存空间，同时存在，而union的不能同时存在，union变量的长度等于最长的成员长度。

有哪几种情况中能用初始化，不能赋值

  1. const / reference / 基类的构造函数

C++是不是类型安全的

  1. 不是，两个不同类型的指针可以强制转换。

#define

  1. 所有预处理器指令都以#开头，不是C++语句，所以不会以分号结尾。
  2. const与# define相比，优点：编译器可以对const进行类型安全检查

指针和数组的区别

  1. 指针有自己的一块空间，而引用只是一个别名。
  2. 使用sizeof看一指针的大小是4，而引用则是被引用对象的大小。
  3. 指针可以初始化为NULL，引用必须初始化且必须是一个已有对象的引用。
  4. 可以有const指针，没有const引用
  5. 作为参数传递时，指针需要被解引用才可以对对象进行操作，而直接引用的修改都改变引用所指向的对象。
  6. 返回动态内存非陪的对象或内存，需要指针，引用可能引起内存泄露。

全局变量和局部变量的区别

  1. 操作系统和编译器通过内存分配的位置来区分全局变量和局部变量。

内存的分配方式

  1. 静态存储区分配，全局变量
  2. 在栈上创建
  3. 在堆上创建

static

  1. static 在类的实例之间共享
  2. static用于全局变量，只有本文件能访问
  3. static用于局部变量，延长局部变量周期（不要在头文件声明static全局函数，如果在多个cpp中复用该函数，就把他放在头文件，反之设置未static，只有当前文件可见，不能被其他文件所用）。
  4. static用于成员变量，所有对象共享该变量，且不需要生成对象就可以访问该成员
  5. static修饰成员函数，修饰成员函数使得不需要生成对象就可以访问该函数，但是static函数不能访问非静态成员。

应用程序在运行时的内存包括代码区和数据区，数据区包括

  1. 对于一个进程的内存空间而言，可以在逻辑上分为：代码区，静态数据区（全局变量和静态变量）和动态数据区（本地变量）。

inline 函数

  1. 相当于把内联函数里面的内容写在调用内联函数处。
  2. 相当于不用执行进入函数的步骤，直接执行函数体
  3. 相当于宏，比宏多了类型检查
  4. 编译器一般不内联包含循环，递归，switch等复杂的内联操作
  5. 在类声明中定义的函数，除了虚函数的其他函数都会自动隐式地当成内联函数。
  6. 内联函数只是对编译器地建议，是否对函数内联，决定权在于编译器。

C++和C的区别

  1. C++面向对象，C面向过程
  2. 语法：
    • C++具有封装，继承，多态。
    • 增加许多类型安全的功能，比如类型强制转换。
    • 范式编程，模板类，函数模板。

C++中cast转换

C++: static_cast, dynamic_cast, const_cast, reinterpret_cast

  1. const_cast : 调用了一个参数为const的函数，但是传进去的参数不为const，但是我们知道这个函数是不会对参数做修改的，所以用const_cast去除const限定。只能作用在指针和引用上，一般指针不能指向const。

  2. static_cast（静态转换，编译期间转换失败会抛出编译错误）：

    • 用于基类和子类之间指针或引用的转换。（基类->子类是不安全的/子类->基类是安全的，有动态类型检查）

    • 指针转换只支持void*int等的转换

      pic

  3. dynamic_cast: 向下转换会有安全检查，只能用于指针或引用。例如: A->B->C->D, 只有指向A的基指针指向D类时可以像下转换成B/C类的指针。

  4. reinterpret_cast ：一些static_cast不能完成的转换。

智能指针

  1. 作用
    • 智能指针的作用是管理一个指针，在函数结束后自动释放内存资源，智能指针的作用就是函数结束时自动释放内存空间，不需要手动释放内存空间。
    • 是一个类。
  2. auto_ptr:
    • 可以有多个auto_ptr同一个内存，不会报错，不过前面指向内存的指针访问时会报错。
  3. unique_ptr
    • 如果多个unique_ptr指向同一个内存，会报错。
  4. weak_ptr：解决share_ptr相互调用引起的死锁问题，构造和析构不会引起对象的计数的改变。不能直接访问对象的方法，必须先通过.lock()转化成share_ptr （解决智能指针中内存泄漏的问题）
  5. share_ptr: 多个指针指向同一个对象，该对象会在最后一个引用被销毁时释放。用use_count返回引用计数的个数。

野指针

指针指向一个已删除的对象或者未申请访问受限内存区域的指针

函数指针

  1. 用途：
    • 用于调用函数和做函数的参数

析构函数的作用

const 的作用

  1. 修饰类里面的成员函数，表示该成员函数不会对对象做任何修改。
  2. 常量必须初始化，对于局部对象，存放于栈区；对于全局对象，存放于全局/静态存储区（全局变量和静态变量是放一起的）。对于字面值常量，存放于常量存储区（还有程序代码区）。

RTTI(Runtime type information)

  1. 运行时检查：在C++层面主要体现在dynamic_cast和typeid，对于存在循环函数的类型，会先去查询虚函数表的Type_info

C++如何处理返回值?

  1. 生成一个临时变量，把它的引用作为函数参数传入函数中。

STL

  1. Vector：

    • 连续存储的容器，动态数组，在堆上分配空间
    • 底层实现：数组
    • 两倍容量增长：
      • vector插入新元素时，如果空间够，在最后插入，调整迭代器（快）
      • 没有剩余空间，开辟2倍空间，拷贝。（慢）
    • 场景：随机访问，不经常对非尾节点进行插入和删除

  2. list:

    • 底层实现是双向链表
    • 不支持随机访问
    • vector是顺序内存，list不是
    • vector在中间节点插入删除会导致内存拷贝，list不会
    • list每次插入新节点都会进行内存申请
    • 场景：高效的插入删除。

resize和reverse的区别

reisze: 改变含有元素数量，reverse()：改变容器的大小。如果当前resize大于reverse，则会发生开辟新内存，值的拷贝。

C++的访问权限：

  1. 同一个类能访问任意（public, protected, private)
  2. 外部只能范文public成员。
  3. protected: 只能被类中，子类成员函数，友元函数访问。
  4. C++中class默认问private， struct默认为public

左值和右值的区别

  1. 左值可以寻址，右值不可以

  2. 左值可以被赋值，右值不可以被赋值，可以用来给左值赋值。

  3. 左值可变，右值不可变。

  4. 右值引用：int &&a = i + 2 ; const 引用可以绑定右值

C++源文件从文本到可执行文件经历的过程

  1. 预编译
  2. 编译
  3. 汇编
  4. 链接

C++的内存管理是怎么样的

  1. C++中，虚拟内存分为代码段，数据段，BSS段，堆段，文件映射区以及栈
    • 代码段：包括只读存储区和文本区，其中只读存储区存储字符串常量，文本区存储程序的机器代码。
    • 数据段：存储程序中已初始化的全局变量和静态变量。
    • bss段：存储未初始化的全局变量和静态变量（全局+局部），以及所有初始化为0的全局变量和静态变量
    • 堆区：new/malloc在堆区动态分配内存
    • 映射区：存储动态链接库以及调用mmap函数进行文件映射
    • 栈：使用栈空间存储函数的返回地址，参数，局部变量，返回值。

new和malloc

  • new在申请空间的时候会调用构造函数，malloc不会
  • new申请失败时返回bad_alloc（成功时是对象类型指针），malloc返回NULL（成功时是void*）
  • new是C++关键字，需要编译器支持，malloc是库函数，需要加头文件

STL的底层实现

  • set, map：红黑树
  • vector: 数组 list: 链表

const与#define

  • const常量有数据类型，宏常量没有数据类型。编译器可以对前者进行安全检查，对后者没有只进行字符替换，没有类型安全检查，并且可能出现1*1+1和1*（1+1）的错误。

数组和指针

  • 修改内容上的差别
  • 用运算符sizeof可以计算数组的容量。数组作为函数的参数进行传递时，数组自动退化为同类型的指针。

strcpy, sprintf, memcpy

  • 操作对象不同，strcpy的两个操作对象均为字符串，sprintf的操作对象可以是多种数据类型
  • 执行效率不同，memcpy>strcpy>sprintf
  • 实现功能不同，strcpy主要实现字符串变量间的拷贝，sprintf主要实现其他数据类型到字符串的转化，memcpy主要是内存块间的拷贝。

常量指针和指针常量

  • 常量指针指向常量
  • 指针常量指的是这个指针是常量

三种继承中的访问权限

  • private, public, protected
  • private: 1.该类的函数 2.友元函数
  • protected 2. 该类的函数 2.子类的函数 3. 友元函数
  • public: 1. 该类的函数 2.子类的函数 3. 友元函数 4. 该类的对象
  • 友元函数包括3种：（1）设为友元的普通的非成员函数（2）设为友元的其他类的成员函数（3）设为友元类种的所有成员函数。

排序算法

pic

堆和栈

  • 堆比栈快，因为栈是编译时分配的，堆是动态分配的。
  • 堆是不连续的（由低地址到高地址），栈是连续的（相反）
  • 堆容易产生内存碎片
  • 申请方式不同：堆会遍历链表，寻找第一个空间中大于所申请空间的堆结点，然后将该节点从空闲节点链表删除，会在这块内存空间中首地址处记录本次分配的大小，方便删除。
  • 申请效率不同（栈由系统分配，速度快）
  • 大小限制不同（堆是链表，由系统虚拟内存限制）
  • 栈：在函数调用时，第一个入栈的是主函数中后的下一条指令（函数调用语句的下一条可执行语句）的地址，然后是函数的各个参数，在大多数的C编译器中，参数是由右往左入栈的，然后是函数的局部变量。注意静态变量是不入栈的。当本次函数调用结束后，局部变量先出栈，然后是参数，最后栈顶指针指向最开始存的地址，主函数的下一条指令。

构造函数为什么不能是虚函数

  • vptr是在构造函数中初始化的，如果构造函数为virtual函数，没有vptr指向虚表。

常引用

  • 引用作为函数参数时效率高，但是可能被更改，如果不希望被更改，则需要用常引用。
  • 临时对象(string func1(); "hello") 都是const型的，将const型复制给引用参数是非法的。

预处理

  1. 宏定义

    • do{}while(0) 防止出现没有{}的情况

  2. 文件包含

  3. 条件编译

    • #ifdef语句

    • extern "C":

      ​ __cplusplus是C++的预定义宏

  4. 布局控制

对象的存储空间

  • 成员函数不占用空间
  • static成员不占空间

map

  • 下标和insert的区别：下标能覆盖，insert不能覆盖map.insert(map<int, string>::value_type (1, "student"))
  • erase有坑：map.erase(iter++) 必须iter++
  • 红黑树查找，插入，删除都是O(logn)
    • 每个结点要么是红的要么是黑的
    • 根节点是黑的
    • 每个叶节点（NULL）都是黑的
    • 如果一个结点是红的，那么它的两个儿子都是黑的
    • 任意节点到树尾端NIL指针的每条路径都包含相同数目的黑节点

编译

  • g++ -E xxx.cpp -o xxx.i //只进行编译
  • 预编译：（1）将所有的#define删除，展开宏定义（2）处理所有预编译指令#if, #ifdef, #else #endif（3）处理#include预编译指令（4）过滤注释 （5）添加行号和标识名（6）保留所有的#pragma编译器指令
  • 编译： g++ -S xxx.cpp -o xxx.s
  • 链接：各个模块之间相互引用的部分都处理好，使得各个模块之间能够正确的衔接。主要包括地址和空间的分配，符号决议和重定位这些步骤。

链接

  • g++ -o main.cpp -L. -lxxx 需要有头文件定义。
  • 动态链接：把一些库函数的链接载入推迟到程序运行期间
  • 静态库和动态库重名：先搜索动态库，再搜索静态库
  • 动态库和静态库的区别
    • 动态库有利于进程间资源共享：当某个程序在运行中要调用某个动态链接库函数，操作系统首先会查看所有正在运行的程序，看在内存里是否已有此库函数的拷贝，如果有，则让其共享那一个拷贝；这样可以多个程序共享同一个C语言标准库的代码段
    • 使用静态库，库发生变化，使用库的程序要重新编译
    • 静态库快，因为动态库函数必须在运行的时候被装载，所以程序在执行的时候，用静态库速度更快

g++和gcc

  • gcc(-lstdc++ 才行)不能自动和c++程序使用的库链接

STL

  • unordered_map：
    1. 哈希冲突（1）

被free回收的内存是立即返还给操作系统吗？为什么

  • 不是的，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。

哈希冲突