C/C++ 知识点简单总结

原文地址：http://blog.csdn.net/quzhongxin/article/details/48833345    非常感谢。

1. 静态编译与动态编译

动态编译的可执行文件需要附带一个的动态链接库，在执行时，需要调用其对应动态链接库中的命令。所以其优点一方面是缩小了执行文件本身的体积，另一方面是加快了编译速度，节省了系统资源。缺点一是哪怕是很简单的程序，只用到了链接库中的一两条命令，也需要附带一个相对庞大的链接库；二是如果其他计算机上没有安装对应的运行库，则用动态编译的可执行文件就不能运行。 
静态编译就是编译器在编译可执行文件的时候，将可执行文件需要调用的对应动态链接库(.so)中的部分提取出来，链接到可执行文件中去，使可执行文件在运行的时候不依赖于动态链接库。所以其优缺点与动态编译的可执行文件正好互补。

2. malloc和new的区别

1、new 是c++中的操作符，malloc是c 中的一个函数 
2、new 不止是分配内存，而且会调用类的构造函数，同理delete会调用类的析构函数，而malloc则只分配内存，不会进行初始化类成员的工作，同样free也不会调用析构函数 
3、内存泄漏对于malloc或者new都可以检查出来的，区别在于new可以指明是那个文件的那一行，而malloc没有这些信息。 
4、new 和 malloc效率比较

new可以认为是malloc加构造函数的执行。

new出来的指针是直接带类型信息的。

而malloc返回的都是void指针。

new delete 是运算符，malloc, free是函数

malloc与free是C++/C语言的标准库函数，new/delete是C++的运算符。它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maloc/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++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/delete不是库函数。

3.关于STL中的map和hash_map

在网上看到有关STL中hash_map的文章，以及一些其他关于STL map和hash_map的资料，总结笔记如下： 
1、STL的map底层是用红黑树实现的，查找时间复杂度是log(n)； 
2、STL的hash_map底层是用hash表存储的，查询时间复杂度是O(1)；因为冲突，最差O(n)

3、什么时候用map，什么时候用hash_map？ 
- 关键看查询的次数和要保证的是整体平均时间还是单个的查询时间。 
hash_map : 多次，整体； map:少次，单个查询恒定 
- 这个要看具体的应用，不一定常数级别的hash_map一定比log(n)级别的map要好，hash_map的hash函数以及解决地址冲突等都要耗时间，而且众所周知hash表是以空间换时间的，因而hash_map的内存消耗肯定要大，一般情况下，如果记录非常大，考虑hash_map，查找效率会高很多，如果要考虑内存消耗，则要谨慎使用hash_map。

4. STL 中的 set 和 map

相同点：红黑树实现，O(log n),有序 
区别： 
set：数据集合，存储的是一个数据，数据不能重复 
map: 映射，存储的是一对数据

5. static作用

1. static 函数 主要用来限制作用域，只限本源文件有效 
   必要的时候声明为内部函数有什么好处呢？ 
   
   • 可以避免重命名的问题。 
     内核代码这么多，很容易就遇到了重命名问题，如果声明为内部函数 
     即使出现重命名，编译器也不会报错。
   • 可以提高代码的健壮性。 
     有些内部函数指定了作用域相对于对外是透明的，外面就调用不了。 
     所以可以避免代码的错宗复杂引发的错误。
2. 修饰全局变量， 限定在本源文件有效 
   全局变量的空间的开辟在静态区，加static修饰后仍然在静态区。 
   唯一有变化的就是作用域，加static作用域限定在本文件，**不加static的全居变量作用域为整个 
   源程序（只需在别的源文件extern声明）**。
3. 修饰局部变量，延长生命周期 
   static局部变量的存储在静态存储区，声明周期直到程序结束，它的值始终存在，static局部变量只被初始化一次，下次使用的依然是上一次的值。注意它的作用域没有改变，只在声明的语句块内能够访问。
4. C++ static 类成员变量 
   表示该变量为该类及该类的所有对象所属，值都是保持一致的。内存中只有一个副本。

6. extern 的作用

1. C语言中修饰在变量/函数，表示该变量/函数在别处已经定义，而在此处引用
2. extern “C” 是使C++能够调用C语言的库文件的一个手段 
   在C＋＋中调用C库函数，就需要在C＋＋程序中用extern “C”声明要引用的函数。因为C和C++编译完成的目标代码中的命名规则不同。

7. struct 和 class 区别

• struct的成员默认权限是public，而class的成员默认权限是private；
• struct的默认继承方式为public，而class的默认继承为private
• “class”这个关键字还用于定义模板参数，就像“typename”。但关键字“struct”不用于定义模板参数。
• struct赋值可以用{}；class赋值用构造函数

8. 堆 和 堆栈（内存）

• 堆栈（stack）：程序自动分配释放；由高地址向下生长，一块连续的内存区域，分配速度快。存放函数参数值、局部变量
• 堆（heap）：程序员分配释放（new, malloc）。由低地址向上生长，分配方式类似链表，需要在空闲内存链表中找到一块大于请求的内存，将多余的内存重新放入空闲链表。会产生碎片，速度慢。

详细描述：

①管理方式：栈由编译器自动管理；堆由程序员控制，使用方便，但易产生内存泄露。

②生长方向：栈向低地址扩展(即”向下生长”)，是连续的内存区域；堆向高地址扩展(即”向上生长”)，是不连续的内存区域。这是由于系统用链表来存储空闲内存地址，自然不连续，而链表从低地址向高地址遍历。

③空间大小：栈顶地址和栈的最大容量由系统预先规定(通常默认2M或10M)；堆的大小则受限于计算机系统中有效的虚拟内存，32位Linux系统中堆内存可达2.9G空间。

④存储内容：栈在函数调用时，首先压入主调函数中下条指令(函数调用语句的下条可执行语句)的地址，然后是函数实参，然后是被调函数的局部变量。本次调用结束后，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指令地址，程序由该点继续运行下条可执行语句。堆通常在头部用一个字节存放其大小，堆用于存储生存期与函数调用无关的数据，具体内容由程序员安排。

⑤分配方式：栈可静态分配或动态分配。静态分配由编译器完成，如局部变量的分配。动态分配由alloca函数在栈上申请空间，用完后自动释放。堆只能动态分配且手工释放。

⑥分配效率：栈由计算机底层提供支持：分配专门的寄存器存放栈地址，压栈出栈由专门的指令执行，因此效率较高。堆由函数库提供，机制复杂，效率比栈低得多。Windows系统中VirtualAlloc可直接在进程地址空间中分配一块内存，快速且灵活。

⑦分配后系统响应：只要栈剩余空间大于所申请空间，系统将为程序提供内存，否则报告异常提示栈溢出。

 操作系统为堆维护一个记录空闲内存地址的链表。当系统收到程序的内存分配申请时，会遍历该链表寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点，然后将该结点从空闲结点链表中删除，并将该结点空间分配给程序。若无足够大小的空间(可能由于内存碎片太多)，有可能调用系统功能去增加程序数据段的内存空间，以便有机会分到足够大小的内存，然后进行返回。，大多数系统会在该内存空间首地址处记录本次分配的内存大小，供后续的释放函数(如free/delete)正确释放本内存空间。

 此外，由于找到的堆结点大小不一定正好等于申请的大小，系统会自动将多余的部分重新放入空闲链表中。

⑧碎片问题：栈不会存在碎片问题，因为栈是先进后出的队列，内存块弹出栈之前，在其上面的后进的栈内容已弹出。而频繁申请释放操作会造成堆内存空间的不连续，从而造成大量碎片，使程序效率降低。

 可见，堆容易造成内存碎片；由于没有专门的系统支持，效率很低；由于可能引发用户态和内核态切换，内存申请的代价更为昂贵。所以栈在程序中应用最广泛，函数调用也利用栈来完成，调用过程中的参数、返回地址、栈基指针和局部变量等都采用栈的方式存放。所以，建议尽量使用栈，仅在分配大量或大块内存空间时使用堆。

 使用栈和堆时应避免越界发生，否则可能程序崩溃或破坏程序堆、栈结构，产生意想不到的后果。

9. 重载

编译器如何解决命名冲突的? 
答：作用域+返回类型+函数名+参数列表

• 函数重载：c++的一大特性就是重载(overload)，通过重载可以把功能相似的几个函数合为一个，使得程序更加简洁、高效。同名不同参的函数。
• 运算符重载：用于对象，将类函数功能赋予现有运算符，方便使用

10. Overload、 Override 和 Overwrite

• Overload 重载 
  
  • 同名不同参，注意参数有无const也视为不同
  • 仅返回值不同，不构成重载
  • 构成重载的各个函数具有相同的作用域。处于同一文件/全局域/namespace 内的同名不同参函数；对类成员函数，则发生在同一类域中。（基类和派生类之间不构成重载）
• Override 覆盖 
  
  • 不同作用域：分别位于基类和派生类
  • 基类函数必须为vitrual函数，而派生类函数和基类虚函数同名同参
• Overwrite 隐藏 
  
  • 派生类和基类函数同名不同参，不论基类函数是否是vitrual,派生类函数被隐藏
  • 派生类和基类非vitrual函数同名同参，基类函数被隐藏
• 三者之间区分 
  
  • overload是同一个类中的成员函数间的水平关系；而override/overwrite都是派生类和基类间的垂直关系
  • override覆盖的前提或特点是基类函数必须为virtual
  • override覆盖的结果是根据对象类型决定调用哪个函数（多态）；而Overwrite隐藏则表现为根据指针类型决定调用哪个函数，这是覆盖和隐藏最直观的区别。

11. 排序算法的时空复杂度、稳定性分析

 

注意：快速排序的空间复杂度是因为递归造成的栈空间占用。（O(lg n)~O(n)） 
归并排序的空间复杂度是O(n+lg n)=O(n)

12. 如何选择排序算法

从算法的简单性将排序算法分为： 
- 简单算法：冒泡、插入、选择 
- 改进算法：希尔、堆排序、归并排序、快排

• 从时间复杂度来看 
  
  • 从平均情况，后三种改进算法要胜过希尔排序，远胜简单算法
  • 从最好情况（已经有序），冒泡和插入排序最优，改进算法最差
  • 从最差情况（逆序），堆排序和归并排序最优，远胜快排和简单算法
• 从空间复杂度来看 
  
  • 简单算法都不占用额外空间。
  • 堆排序是在数组上原位建堆，O(1)；
  • 快排因为递归栈占用，O(lgn)~O(n)递归深度；
  • 归并，需要辅助数组O(n)； 
    所以如果要求考虑内存空间，不能选快排和归并
• 从稳定性来看 
  归并排序最好。当然简单排序中的冒泡和插入也是稳定的，但同时考虑时间，则应选归并。
• 待排序的个数 
  待排序个数n越小，采用简单算法越合适；反之，n越大，选择改进算法。这也是快排中，对于小数组使用插入排序完成的原因。
• 待排序数据的关键字本身信息量的大小 
  如果信息量大，则交换的代价大。此时选择排序最优，先大量比较然后一次交换，O(n)次交换。 
  对于待排序个数不大，而关键字信息量大的情况，简单算法占优。

13. C++派生类对象的初始化

程序中派生类构造函数首部如下：

Student1(int n, string nam,int n1, string nam1,int a, string ad):Student(n,nam),monitor(n1,nam1)
 
   
   
   
   

    
    
    
    
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在上面的构造函数中有6个形参，前两个作为基类构造函数的参数，第3、第4个作为子对象构造函数的参数，第5、第6个是用作派生类数据成员初始化的。

归纳起来，定义派生类构造函数的一般形式为： 
派生类构造函数名(总参数表列): 基类构造函数名(参数表列), 子对象名(参数表列) 
{ 
派生类中新增数成员据成员初始化语句 
}

执行派生类构造函数的顺序是：

• 调用基类构造函数，对基类数据成员初始化；
• 调用子对象构造函数，对子对象数据成员初始化；
• 再执行派生类构造函数本身，对派生类数据成员初始化。

14. 如何一字节对齐

// #pragma 控制编译器状态（其他参数 messege, once 等）
#pragma pack(1) //设置 1 字节对齐
...
#pragma pack() // 取消字节对齐,恢复默认状态
 
   
   
   
   

    
    
    
    
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15. 大端和小端对齐

大端对齐：数据的低位存储在内存的高地址上，数据高位存储存储在内存的低地址上；（字符串存储）

小端对齐：数据的低位存储在内存的低地址上，数据高位存储存储在内存的高地址上；

    //例如 char p[2];，
    //它用大端模式表示一个数的计算方式为：
    unsigned int  result =p[0];
    result =(result <<8)|p[1];

    //用小端模式表示一个数的计算方式为：

    unsigned int  result =p[0];
    result =(p[1]<<8)|result;
 
   
   
   
   

    
    
    
    
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16. 重定位

程序进行重定位的技术按重定位的时机可分为两种：静态重定位和动态重定位。 
静态重定位：是在目标程序装入内存时，由装入程序对目标程序中的指令和数据的地址进行修改，即把程序的逻辑地址都改成实际的地址。对每个程序来说，这种地址变换只是在装入时一次完成，在程序运行期间不再进行重定位。 
优点：是无需增加硬件地址转换机构，便于实现程序的静态连接。在早期计算机系统中大多采用这种方案。 
缺点：（1）程序的存储空间只能是连续的一片区域，而且在重定位之后就不能再移动。这不利于内存空间的有效使用。（2）各个用户进程很难共享内存中的同一程序的副本。

动态重定位：是在程序执行期间每次访问内存之前进行重定位。这种变换是靠硬件地址变换机构实现的。通常采用一个重定位寄存器，其中放有当前正在执行的程序在内存空间中的起始地址，而地址空间中的代码在装入过程中不发生变化。 
优点：（1）程序占用的内存空间动态可变，不必连续存放在一处。（2）比较容易实现几个进程对同一程序副本的共享使用。 
缺点：是需要附加的硬件支持，增加了机器成本，而且实现存储管理的软件算法比较复杂。 
现在一般计算机系统中都采用动态重定位方法。

17. 简述C++虚函数作用及底层实现原理（虚函数表）

C++中虚函数使用虚函数表 和 虚函数表指针实现，虚函数表是一个类的虚函数的地址表，用于索引类本身以及父类的虚函数的地 址，假如子类的虚函数重写了父类的虚函数，则对应在虚函数表中会把对应的虚函数替换为子类的 虚函数的地址；虚函数表指针存在于每个对象中（通常出于效率考虑，会放在对象的开始地址处）， 它指向对象所在类的虚函数表的地址；在多继承环境下，会存在多个虚函数表指针，分别指向对应 不同基类的虚函数表。

18. new内存失败后的正确处理

1. 负责内存申请的operator new才会抛出异常std::bad_alloc，用catch捕捉
2. 使用 int*p = new int;检查 p 是否为NULL

19. 虚函数和纯虚函数的区别

1、纯虚函数声明如下： virtual void funtion1()=0; 纯虚函数一定没有定义，纯虚函数用来规范派生类的行为，即接口。包含纯虚函数的类是抽象类，抽象类不能定义实例，但可以声明指向实现该抽象类的具体类的指针或引用。 
2、虚函数声明如下：virtual ReturnType FunctionName(Parameter)；虚函数必须实现，如果不实现，编译器将报错，错误提示为： 
error LNK****: unresolved external symbol "public: virtual void __thiscall ClassName::virtualFunctionName(void)" 
3、对于虚函数来说，父类和子类都有各自的版本。由多态方式调用的时候动态绑定。 
4、实现了纯虚函数的子类，该纯虚函数在子类中就编程了虚函数，子类的子类即孙子类可以覆盖该虚函数，由多态方式调用的时候动态绑定。 
5、虚函数是C++中用于实现多态(polymorphism)的机制。核心理念就是通过基类访问派生类定义的函数。 
6、在有动态分配堆上内存的时候，析构函数必须是虚函数，但没有必要是纯虚的。 
7、友元不是成员函数，只有成员函数才可以是虚拟的，因此友元不能是虚拟函数。但可以通过让友元函数调用虚拟成员函数来解决友元的虚拟问题。 
8、析构函数应当是虚函数，将调用相应对象类型的析构函数，因此，如果指针指向的是子类对象，将调用子类的析构函数，然后自动调用基类的析构函数。

20. 设计模式

1. 单例模式：只有一个实例存在的类。

2. 桥接模式：将一个对象的抽象部分从实现中分离出来。

3. 组合模式：多个对象组成树状结构来表示局部与整体，这样用户可以一样的对待单个对象和对象的组合。

4. 外观模式：为子系统中的一组接口提供一个一致的界面， 外观模式定义了一个高层接口，这个接口使得这一子系统更加容易使用。

另外Leo C博主对于C/C++知识点进行详细的总结，非常感谢！

C/C++知识点总结（1）：http://www.cnblogs.com/leo-chen-2014/p/3762205.html

C/C++知识点总结（2）：http://www.cnblogs.com/leo-chen-2014/p/3767232.html

C/C++知识点总结（3）：http://www.cnblogs.com/leo-chen-2014/p/3767283.html

C/C++知识点总结（4）：http://www.cnblogs.com/leo-chen-2014/p/3767328.html

C/C++知识点总结（5）：http://www.cnblogs.com/leo-chen-2014/p/3767417.html