千万不要错过的后端【纯干货】面试知识点整理 I I
c++内存管理
上次分享整理的面试知识点 I ， 今天我们来继续分享面试知识点整理 II
| linux kernel 内核空间、内存管理、进程管理设备、驱动虚拟文件系统（vfs） | 内核空间是受保护的，用户不能对内核空间读写，否则会出现段错误 |
|---|---|
| 环境变量（env） | PATH |
| 命令行参数 | char *agrv[] |
| 栈区⬇️ | 函数的返回地址，返回值，参数，局部变量 |
| 共享库（映射区）⬇️ | 调用动态库，或者mmap函数进行文件映射 |
| 堆区⬆️ | 用new/malloc申请的内存，同时需要适用delete/free来释放采用链式储存结构 |
| .bss区 | 未初始化的全局变量和静态变量以及 初始化为 0 的 全局变量和静态变量编译时就已经分配了空间 |
| .data区 | 已初始化的全局变量和静态变量编译时就已经分配了空间 |
| .text | 1、只读存储区 -- 常量，const全局变量2、文本区 -- 程序代码，机器代码 |
| 0-4k保护区 |
#include
int a; //未初始化全局区 .bss
int b=1; //已初始化全局区 .data
static int c=2; //已初始化全局区 .data
const int d=3; //只读数据段，也叫文字常量区 ro.data, d的值不能被修改
int main(void)
{
int e=4; //栈区
static int f=5; //已初始化全局区
const int g=6; //栈区，不能通过变量名修改其值，但可通过其地址修改其值
int *p=malloc(sizeof(int)) //指针变量p在栈区，但其所指向的4字节空间在堆区
char *str="abcd"; //字符串“abcd”存在文字常量区，指针变量str在栈区，存的是“abcd”的起始地址
return 0;
} 内存泄露及分类
内存泄漏，是由于疏忽或错误造成程序未能释放掉不再使用的内存。内存泄漏，并不是指内存内存再物理地址上的消失，而是应用程序分配某段内存后，失去了对该段内存的控制，因而造成内存的浪费。
- 一般情况是new/malloc 后，没有及时delete/free释放内存，判断为内存泄露
- linux中可以使用valgrind来检测内存泄漏
内存泄漏的分类：
- 堆内存泄漏 --- new/malloc 后 没有delete/free掉
- 系统资源泄漏 --- 系统分配的资源，没有用指定的函数释放掉，导致系统资源的浪费，严重影响系统性能，如：socket，bitmap，handle
- 没有将父类的析构函数定义为虚函数 --- 父类指针指向子类对象的时候，释放内存的时候，若父类的析构函数不是virtual的话，子类的内存是不会得到释放的，因此会内存泄漏
c++中是如何处理内存泄漏的：
使用valgrind，mtrace来检测内存泄漏
避免内存泄漏：
1.事前预防型。如智能指针等。 2.事后查错型。如泄漏检测工具。
智能指针
使用智能指针，智能指针会自动删除被分配的内存，他和普通指针类似，只是不需要手动释放指针，智能指针自己管理内存释放，不用担心内存泄漏问题
智能指针有：
- auto_ptr
- unique_ptr
- shared_ptr
- weak_ptr
其中auto_ptr c++11已经被弃用了
unique_ptr
独占的智能指针，只能有一个对象拥有所有权，独占指针的是自己管理内存的，指针存在于栈空间，开辟的内存在堆空间，这里的堆空间是和智能指针绑定的，智能指针随着函数结束被销毁之前，智能指针会先去把堆里面的内存销毁
其中涉及
- move函数 -- 可以使用move函数来转移所有权，转移所有权后，原来的指针就无权访问
- reset函数 -- 可以用reset函数来重置所有权，会把之前的对象所有权释放掉，重新创建一个所有权对象
- make_unique -- 快速的创建一个
unique_ptr智能指针的对象 如auto myptr = make_unique();
如果希望只有一个智能指针管理资源 就使用 unique_ptr
#include
#include
#include
using namespace std;
struct person
{
~person()
{
cout<<"~person"< test()
{
return unique_ptr (new person);
}
int main()
{
//unique_ptr is ownership
unique_ptr p = test();
p->str = "hello world";
unique_ptr p2 = move(p); //可以使用move函数来转移所有权，转移所有权后，原来的指针就无权访问
if(!p)
{
cout<<"p == null" <str<str.empty())
{
cout<<"str is null"< shared_ptr
共享的智能指针，shared_ptr使用引用计数（use_count方法），每个shared_ptr的拷贝都指向同一块内存，在最后一个shared_ptr被析构的时候，内存才会被释放
- shared_ptr 是引用计数的方式，使用use_count查看计数
- make_shared 快捷创建 shared_ptr
使用函数返回自己的shared_ptr时，需要继承enable_shared_from_this类，使用shared_from_this函数进行返回
注意事项：
- 不要将this指针作为返回值
- 要避免循环引用
- 不要再函数实参种创建shared_ptr，在调用函数之前先定义以及初始化它
- 不要用一个原始指针初始化多个shared_ptr
希望多个指针管理同一个资源就使用shared_ptr
#include
#include
#include
using namespace std;
struct person
:enable_shared_from_this{
string str;
void show()
{
cout< getshared()
{
return shared_from_this();
}
};
int main()
{
#if 0
shared_ptr ptr(new person);
cout<< ptr.use_count()< ptr2 = ptr;
cout<< ptr.use_count()< a = make_shared();
cout<< a.use_count()< mm = a->getshared();
#endif
shared_ptr ptr;
{
shared_ptr ptr2(new person);
ptr2->str = "hello";
ptr = ptr2->getshared();
cout<< ptr.use_count()<show();
return 0;
} weak_ptr
弱引用的智能指针
是用来监视shared_ptr的，不会使用计数器加1，也不会使用计数器减1，主要是为了监视shared_ptr的生命周期，更像是shared_ptr的一个助手。weak_ptr还可以用来返回this指针和解决循环引用的问题。
shared_ptr会有循环引用的问题 ，解决方式为 把类中的shared_ptr 换成 weak_ptr即可
struct ListNode
{
std::shared_ptr _next;//std::weak_ptr _next; 就可以解决
std::shared_ptr _prev;//std::weak_ptr _pre; 就可以解决
~ListNode()
{
cout << "~ListNode()" << endl;
}
};
void test_shared_ptr_cycleRef()
{
std::shared_ptr cur(new ListNode);
std::shared_ptr next(new ListNode);
cur->_next = next;
next->_prev = cur;
}
int main()
{
test_shared_ptr_cycleRef();
system("pause");
return 0;
} 
例如上述代码案例
void shared_ptr_cycleRef(){
std::shared_ptr cur LISTNODE;
std::shared_ptr next LISTNODE;
cur->_next = next;
next->_pre = cur;
} Cur 和 next 存在循环引用，他们的引用计数都变为 2
出了作用域之后，cur 和 next 被销毁，引用计数减 1
因此要释放cur ， 就需要释放next 的 _pre，要释放next ， 就需要释放cur 的 _next
内存泄漏检测工具
valgrind内存检测工具
valgrind的官方网址是：http://valgrind.org
valgrind被设计成非侵入式的，它直接工作于可执行文件上，因此在检查前不需要重新编译、连接和修改你的程序。要检查一个程序很简单
命令如下： valgrind --tool=tool_name program_name
- 做内存检查：
valgrind --tool=memcheck ls -l - 检查内存泄漏：
valgrind --tool=memcheck --leak-check=yes ls -l
valgrind有如下几个工具：
memcheck
memcheck 探测程序中内存管理存在的问题。
它检查所有对内存的读/写操作，并截取所有的malloc/new/free/delete调用。因此memcheck工具能够探测到以下问题：
Memcheck 工具主要检查下面的程序错误：
- 使用未初始化的内存 (Use of uninitialised memory)
- 使用已经释放了的内存 (Reading/writing memory after it has been free’d)
- 使用超过 malloc分配的内存空间(Reading/writing off the end of malloc’d blocks)
- 对堆栈的非法访问 (Reading/writing inappropriate areas on the stack)
- 申请的空间已经释放释放，即内存泄漏 (Memory leaks – where pointers to malloc’d blocks are lost forever)
- malloc/free/new/delete申请和释放内存的匹配(Mismatched use of malloc/new/new [] vs free/delete/delete [])
- src和dst的重叠(Overlapping src and dst pointers in memcpy() and related functions)
cachegrind
cachegrind 是一个cache剖析器。
它模拟执行CPU中的L1, D1和L2 cache，
因此它能很精确的指出代码中的cache未命中。
它可以打印出cache未命中的次数，内存引用和发生cache未命中的每一行 代码，每一个函数，每一个模块和整个程序的摘要。
若要求更细致的信息，它可以打印出每一行机器码的未命中次数。
在x86和amd64上， cachegrind通过CPUID自动探测机器的cache配置，所以在多数情况下它不再需要更多的配置信息了。
helgrind
helgrind查找多线程程序中的竞争数据。
helgrind查找内存地址，那些被多于一条线程访问的内存地址，但是没有使用一致的锁就会被查出。这表示这些地址在多线程间访问的时候没有进行同步，很可能会引起很难查找的时序问题。
产生段错误的原因
- 使用野指针
- 试图对字符串常量进行修改
new和malloc的区别：
在申请内存时
- new是一个操作符，可以被重载，malloc是一个库函数
- new在申请内存的时候，会按照对象的数据结构分配内存，malloc分配指定的内存大小
- new申请内存时，会调用构造函数，malloc不会
- new申请内存时，返回对象的指针，malloc申请内存的时候，返回(void *) 因此需要强转
- 申请数组的时候，new[]，会一次性分配所有内存，调用多个构造函数，因此需要delete[]来销毁内存，调用多次析构函数，而 malloc 只能sizeof(int)*n
- new申请内存失败，会抛bac_malloc异常， malloc申请失败则返回NULL
- malloc当分配的内存不够的时候，会使用realloc再次分配内存， new没有这样的机制。
- new分配的内存需要用delete释放，delete 会调用析构函数，malloc分配的内存需要free 函数释放
realloc的原理：
realloc是在C语言中出现的，c++已经摒弃realloc函数，realloc函数分配一块新内存的时候，会把原内存中的内存copy到新内存中，通过memmove的方式
共享内存相关的api
- shmget 新建共享内存
- shmat 连接共享内存到当前地址空间
- shmdt 分离共享内存
- shmctl 控制共享内存
c++ STL内存优化
c++11新特性：
关键字和语法
- auto关键字
编译器可以根据初始化来推导数据类型，不能用于函数传参和以及数组类型推导
- nullptr关键字
一种特殊类型的字面量，可以被转成任意的其他类型
- 初始化列表
初始化类的列表
- 右值引用
可以实现移动语义和完美转发，消除两个对象交互时不必要的拷贝，节省存储资源，提高效率
新增容器
- 新增STL array ，tuple、unordered_map,unordered_set
智能指针，内存管理
- 智能指针
新增 shared_ptr、weak_ptr用于内存管理
多线程
- atomic原子操作
用于多线程互斥
其他
- lamda表达式
可以通过捕获列表访问上下文的数据
- std::function std::bin d封装可执行对象
防止头文件重复引用：
#ifndef
作用：相同的两个文件不会被重复包含。
优点：
- 受C/C++语言标准的支持，不受编译器的限制。
- 不仅仅局限于避免同一个文件被重复包含，也能避免内容完全相同的两个文件（或代码片段）被重复包含。
缺点：
- 如果不同头文件中的宏名恰好相同，可能就会导致你看到头文件明明存在，编译器却说找不到声明的情况。
- 由于编译器每次都需要打开头文件才能判定是否有重复定义，因此在编译大型项目时，#ifndef会使得编译时间相对较长。
pragma once
作用：物理上的同一个文件不会被重复包含。
优点：
- 避免#ifndef中因为宏名相同导致的问题。
- 由于编译器不需要打开头文件就能判定是否有重复定义，因此在编译大型项目时，比#ifndef更快。
缺点：
- \#pragma once只针对同一文件有效，对相同的两个文件（或代码片段）使用无效
- \#pragma once不受一些较老版本的编译器支持，一些支持了的编译器又打算去掉它，所以它的兼容性可能不够好。
继承与组合
- 继承是面向对象三大基本特征之一(继承，封装，多态)，继承就是子类继承父类的特征和行为，使得子类对象（实例）具有父类的实例域和方法，或子类从父类继承方法，使得子类具有父类相同的行为，继承强调的是is-a关系，是‘白盒式’的代码复用
- 组合是通过对现有对象进行拼装即组合产生新的具有更复杂的功能，组合体现的是整体和部分，强调的是has-a的关系，是‘黑盒式’的代码复用
继承与组合使用场景
- 逻辑上B 是A 的
“一种”（a kind of ）
继承 （如 男人 继承 人类）
- 逻辑上A 是B 的
“一部分”（a part of）
组合（如 组合 眼 耳 口 鼻 -> 头）
继承与组合区别
- 在继承中，父类的内部细节对子类可见，其代码属于白盒式的复用，调的是is-a的关系，关系在编译期就确定
- 组合中，对象之间的内部细节不可见，其代码属于黑盒式复用。强调的是has-a的关系，关系一般在运行时确定
继承与组合优缺点
继承
优点：
- 支持扩展，通过继承父类实现，但会使系统结构较复杂
- 易于修改被复用的代码
缺点：
- 代码白盒复用，父类的实现细节暴露给子类，破坏了封装性
- 当父类的实现代码修改时，可能使得子类也不得不修改，增加维护难度。
- 子类缺乏独立性，依赖于父类，耦合度较高
- 不支持动态拓展，在编译期就决定了父类
组合
优点：
- 代码黑盒复用，被包括的对象内部实现细节对外不可见，封装性好。
- 整体类与局部类之间松耦合，相互独立。
- 支持扩展
- 每个类只专注于一项任务
- 支持动态扩展，可在运行时根据具体对象选择不同类型的组合对象(扩展性比继承好)
缺点：
- 创建整体类对象时，需要创建所有局部类对象。导致系统对象很多。
函数指针的好处和作用：
好处：简化结构和程序通用性的问题，也是实现面向对象编程的一种途径
作用：
- 实现面向对象编程中的多态性
- 回调函数
inline函数与宏定义
inline函数是C++引入的机制，目的是解决使用宏定义的一些缺点。
为什么要引入内联函数（内联函数的作用）
用它替代宏定义，消除宏定义的缺点。
宏定义使用预处理器实现，做一些简单的字符替换因此不能进行参数有效性的检测。
- inline 相比宏定义有哪些优越处
- inline 函数代码是被放到符号表中，使用时像宏一样展开，没有调用的开销效率很高；
- inline 函数是真正的函数，所以要进行一系列的数据类型检查；
- inline 函数作为类的成员函数，可以使用类的保护成员及私有成员；
inline函数使用的场合
- 使用宏定义的地方都可以使用 inline 函数；
- 作为类成员接口函数来读写类的私有成员或者保护成员；
为什么不能把所有的函数写成 inline 函数
- 函数体内的代码比较长，将导致内存消耗代价；
- 函数体内有循环，函数执行时间要比函数调用开销大；
- 另外类的构造与析构函数不要写成内联函数。
内联函数与宏定义区别
- 内联函数在编译时展开，宏在预编译时展开；
- 内联函数直接嵌入到目标代码中，宏是简单的做文本替换；
- 内联函数有类型检测、语法判断等功能，而宏没有；
- inline 函数是函数，宏不是；
- 宏定义时要注意书写（参数要括起来）否则容易出现歧义，内联函数不会产生歧义；
总结
- 分享了内存管理，内存泄露，智能指针
- 内存泄露检测工具
- 代码中产生段错误的原因
- 内存优化
- 其余小知识点
欢迎点赞，关注，收藏
朋友们，你的支持和鼓励，是我坚持分享，提高质量的动力
好了，本次就到这里，下一次 GO的并发编程分享
技术是开放的，我们的心态，更应是开放的。拥抱变化，向阳而生，努力向前行。
我是小魔童哪吒，欢迎点赞关注收藏，下次见~