C++基础知识大全

秋招基本尘埃落定了，打算总结一下C++学习路线的相关知识，今天是第一篇：C++基础知识总结。

1、面向对象的三大特性：

封装：把客观事物抽象为类，包含自己的属性和方法。
继承：使用现有类的所有功能，在无需重新编写原有类的情况下对类的功能进行拓展。被继承的类成为父类或基类，继承的类成为子类或派生类。
多态：一种形式，多种状态，分为静态多态和动态多态。静态多态指编译时多态，如函数重载、模板；动态多态指运行时多态，特指virtual虚函数机制形成的多态。

2、类的访问权限：private、protected、public

类中可以直接访问自己类的public、protected、private成员，但类对象只能访问自己类的public成员。

3、类的构造函数、析构函数、赋值函数、拷贝构造函数

构造函数：一个类对象创建时自动调用的方法，用来完成初始化得工作。
析构函数：当类对象生命周期结束时，自动销毁对象占有的内存。
拷贝构造函数：参数为类的引用，即用一个类对象复制构造一个新的类对象。
赋值函数：将一个类对象成员的值赋给当前对象。

一个类会自定义默认构造函数、默认拷贝构造函数、默认赋值函数、析构函数。

4、移动构造函数与拷贝构造函数的区别

拷贝构造函数的形参是一个左值引用，而移动构造函数的形参是一个右值引用
拷贝构造函数完成的是整个对象或变量的拷贝，而移动构造函数是生成一个指针指向源对象或变量的地址，接管源对象的内存，相对于大量数据的拷贝节省时间和内存空间。

5、深拷贝与浅拷贝的区别

浅拷贝：

利用类提供的默认拷贝构造函数，将一个对象的成员所在内存的数据复制给另一个对象的成员。

深拷贝：

显式定义类的拷贝构造函数，不仅会将原对象的成员变量复制给新对象，还会在堆中为新对象分配一块新的内存，并将原对象持有的动态内存资源也拷贝过来。

6、空类有哪些函数？空类的大小？

一个空类包括默认构造函数、拷贝构造函数、默认赋值运算符、默认取值运算符、析构函数。
空类也可以实例化，在内存会有独一无二的地址，编译器规定空类的大小为1字节；
仅含有一个虚函数的类的大小为4字节，因为虚表指针占有4个字节地址。

7、C++内存分区

全局区：存储全局变量和静态变量，编译时分配，存在整个程序运行期间。
堆区：程序员手动管理的内存区间，运行时分配，手动开辟、释放内存。
栈区：存储局部变量，运行时分配，系统自动管理内存的开辟和释放。
常量区：存放常量，编译时分配，存在整个程序运行期间。
代码区：存放程序运行的cpu指令，编译时分配，系统自动管理内存的开辟和释放。

8、堆区与栈区的对比

申请方式：栈区内存由系统自动管理，堆区内存由程序员手动管理。
空间大小：栈区的大小一般为1M或2M，不超过10M；堆区的大小是不固定的，受硬件内存的限制。
申请效率：栈是线性存储的，由系统自动分配，速度较快；堆区通过一个链表管理空闲内存，容易造成内存泄漏。
生长方向：栈区是由高到低的，堆区是由低到高的。

9、C++与C的区别

C++是面向对象的编程语言，C是面向过程的结构化编程语言。
C++采用new/delete运算符动态管理内存，而C用malloc/free库函数管理内存。
C++提供了class，C提供了struct。在C++中使用struct与class等同。
C++有引用，而C没有。
C++提供了很多输入输出流，如：iostream、ofstream。

10、extern C作用

指示编译器这部分代码按照C语言的方式进行编译。如：C语言不提供函数重载，为避免重载，可使用extern C。

11、C语言为啥可以重载？C++为啥不支持重载？

C语言中，函数在编译后的代码名称为“_函数名”，当同名的函数参数不同时，编译器无法解析到它们的不同，

因为它们的编译名称都相同。
C++中，函数参数不同对象的编译后的名称也不同，所以支持重载。

12、struct与class的区别

struct在C中，不能定义函数、没有访问权限的设定，只能定义数据成员变量；在C++中，与class类似，可以定义函数、实现继承以及多态，以及有public、protected、private三种访问权限。
C++中，struct与class的唯一区别是 ：

 struct中成员默认的访问权限是public，class中成员默认的访问权限是private。

13、struct内存对齐

 结构体中各成员变量的首地址必须是“对齐系数”和“变量大小”的较小值的整数倍；
 结构体占用内存的总大小是“对齐系数”和“最大变量长度”的较小值的整数倍。

14、define宏定义与const常量的区别

处理时机不同：宏定义是“编译时”概念，在预处理阶段展开，生命周期结束于编译时期；const是“运行时”概念，在程序运行时使用。
存储方式不同：宏定义直接替换，不会分配内存，存储在程序的代码区中；const变量需要进行内存分配。
类型和安全检查不同：宏定义是字符替换，没有数据类型的区别，没有类型安全检查；const是常量的声明，有类型区别，编译时会进行安全检查。

15、new/delete与malloc/free的区别

malloc是C语言定义的库函数，new是C++定义的运算符；
malloc由程序员指定分配内存的大小，而new由编译器自动计算指定类型的内存大小；
new会调用构造函数，并返回对象内存大小,malloc不会；
malloc返回类型是void*指针，需要强转换，new的返回类型是对象类型的指针；
malloc不能重载，new可以重载operator new。

16、new一个对象可以用free释放内存嘛？

不可以。new一个对象，delete时会先调用类的析构函数再释放内存，而free仅仅释放内存，会出现错误。

17、内存泄露的情况

 new一块内存，没有手动delete，会造成内存泄漏；
 使用智能指针shared_ptr时，产生循环引用，导致内存无法释放，会造成内存泄漏；
 类的继承中，用一个基类指针指向父类或子类对象时，析构函数没有采用虚函数，生命期结束时导致子类对象占有内存无法释放，造成内存泄漏。

18、sizeof与strlen对比

sizeof计算的是分配的内存空间实际占用的字节数； strlen计算的是内存空间中字符的个数（不包括"\0"）。
sizeof是运算符，参数可以是指针、数组、类型、对象和函数； strlen是函数，参数必须是字符型指针（char*）。
sizeof是在编译时计算，故参数为数组名时计算的是整个数组的占用内存大小； strlen是在运行时计算，参数为数组名时，数组会退化为指针。

19、指针与引用的区别

安全性：引用的对象不能改变，安全性好；但指针指向的对象是可以改变的，不能保证安全性。
方便性：引用实际上是封装好的指针解引用（即b->*b），可以直接使用；但指针需要手动解引用，使用更麻烦；
级数：引用只有一级，不能多次引用；但指针的级数没有限制。
初始化：引用必须被初始化为一个已有对象的引用，而指针可以初始化为NULL。

20、指针函数与函数指针

指针函数：返回值是指针的函数，本质上是一个函数；
函数指针：指向一个函数的指针，本质上是一个指针；

21、野指针产生与避免

野指针产生的原因：

创建指针时没有对指针进行初始化，导致指针指向一个随机的位置；
释放指针指向的内存后没有置空，从而指向垃圾内存；
在超越变量作用域下使用指针，如：在栈内存被释放之后，指向栈内存的指针会指向垃圾内存；

野指针的避免方法：

在创建指针时必须进行初始化；
使用delete释放指针指向的内存之后必须将指针置空；

22、多态：动态多态、静态多态

动态多态：运行时多态，通过指向基类的引用或指针来操作子类对象，对虚函数的调用会自动绑定到实际提供的子类对象。
当派生类继承基类时，在基类中利用virtual关键字定义若干个虚函数，会生成基类的虚表A，表中存放着所有虚函数的地址，而在派生类中重写某个虚函数func1时，派生类的的虚表B中，会用重写的虚函数地址覆盖原来的函数func1的地址，其它虚函数地址不变。程序采用迟绑定的编译模式，当基类指针指向基类对象时，基类对象的vptr指向虚表A，就会运行基类的func1；而基类指针指向派生类对象时，派生类对象的vptr指向虚表B，就会运行派生类的func1。这样，根据基类指针指向不同的对象，进而调用不同的函数体，就会有不同的表现形式，即实现动态多态。（虚函数实现多态的原理）

静态多态：编译时多态，模板、函数重载均为静态多态。

23、纯虚函数

纯虚函数是在基类中只声明不定义的虚函数，提供多态实现的接口，其声明方式为“virtual void function()=0”。
含有纯虚函数的基类是纯虚基类，不能生成对象。
派生类中必须对基类中声明的纯虚函数进行定义，否则无法编译。

24、继承时，父类的析构函数是否为虚函数？构造函数能不能为虚函数？为什么？

析构函数应为虚函数：（基类的析构函数是否定义为虚函数）

若不用虚函数，对象生命期结束时，只会释放父类占有的内存，而不会释放子类内存，造成内存泄漏。

构造函数不能为虚函数：

虚函数的作用是通过基类指针来调用子类的成员函数，而构造函数是在创建对象时自己主动调用的，不需要通过基类指针去调用；
若构造函数是虚函数，会有相应的虚表指针vptr指向虚函数表，但是对象只有通过构造函数实例化，才能生成虚表指针，这是矛盾的。

25、静态多态

 函数重载：函数参数类型不同、个数不同、顺序不同，导致编译时识别的函数名称不同。
 模板：分为函数模板和类模板，通常由template生命。

（从C++运算符重载到类模板）

26、static关键字

static+局部变量：存储在静态区，存在于整个程序运行期间。函数外部无法访问该变量。
static+全局变量：存储在静态区，存在于整个程序运行期间。只存在于当前文件，其他cpp文件无法访问。
static+类中成员变量：属于类而不属于某个对象，不具有this指针。类内定义，类外初始化。
static+类中成员函数：属于类而不属于某个对象，不具有this指针。无法访问类的非静态成员函数和非静态成员变量。

27、const关键字：

const+变量：常量。
const+指针：常指针。
const+类对象：对象的任何成员都不能被修改，只能调用const成员函数。
const+成员变量：变量的值不能修改，只能在初始化时赋值。
const+成员函数：不能调用非const成员函数和非const成员变量。

28、extern关键字

extern+全局变量：表示该全局变量在其他文件中已经定义，可以直接使用。

29、volatile关键字：

避免编译器指令优化

30、四种类型转换

static_cast：用于编译器无法自动执行的类型转换；
dynamic_cast：将一个基类指针（或引用）转换为派生类指针（或引用），一般用于有继承关系的类中；
const_cast：将const修饰的常量转换为非常量，一般用于重载函数中；
reinterpret_cast：将变量从类型1转换为类型2，编译器会当作类型2，真实类型为类型1。（不建议使用）

31、右值引用

右值，就是在内存没有确定存储地址、没有变量名，表达式结束就会销毁的值。顾名思义，右值引用就是对右值的引用。

引入右值引用的原因：

替代需要销毁对象的拷贝，提高效率；
使用move移动含有不能共享资源的类对象

32、std::move函数

move告诉编译器将左值像对待同类型右值一样处理，但是被调用后的左值将不能再被使用。常用于内存资源所有权的转移，避免内存重复拷贝及释放。

33、std::forward与std::move的区别

std::move，将左值转换为右值，从而将转移内存资源的所有权，不用进行内存拷贝。
std::forward，完美转发，参数将左值时返回左值引用，参数为右值时返回右值引用。
万能引用：当一个参数或变量被声明为T&&，其中T是被推导的类型，那么这个参数或变量就是万能引用。即传入的可以是左值也可以是右值。

34、四种智能指针及底层实现：

独占式智能指针：

auto_ptr：提供了拷贝构造、拷贝赋值操作，再置空原对象指针成员，这样显得拷贝毫无意义，而且在使用中极易误操作原对象，从而出现错误且很难发现
unique_ptr：利用移动构造函数和移动赋值函数来实现资源的转移，即通过右值引用方式来销毁原对象，并把内存资源的所有权转移给新对象。

智能指针原理剖析（一）：auto_ptr、unique_ptr

共享式智能指针：shared_ptr、weak_ptr

所有shared_ptr对象中通过同一个计数器来计算资源的引用计数_Uses，可通过拷贝构造函数、移动构造函数、赋值函数来增加新的shared_ptr指向该对象，并自动调用计数器递增引用计数。当某个shared_ptr生命期结束时，会自动调用析构函数，析构函数中会递减它所指向对象的引用计数，若强引用计数为0，析构函数就会调用计数器的_Destroy() 函数释放内存资源。

智能指针原理剖析（二）：shared_ptr、weak_ptr

35、shared_ptr中的循环引用怎么解决？（weak_ptr）

在可能出现循环引用的地方使用weak_ptr来替代shared_ptr。

36、vector、list、deque对比

vector：

相当于一个动态数组，可实现容器长度的变化，在内存上占有一段连续的地址空间；
擅长随机访问以及在容器尾部添加或删除元素，效率较高；
在容器头部及中间位置插入或删除元素，需要移动该位置以后的所有元素，效率较低；

list：

容器中各个元素的前后顺序靠指针联系在一起，在内存中不一定是连续的地址空间；
擅长随机插入或删除元素，只改变前后两个元素的联系，效率高；
不擅于随机访问元素，遍历容器需要访问大量指针，效率极低；

deque:

  将多个连续内存空间通过指针数组连接在一起，不能保证所有元素在同一段连续的地址空间中；
  容器的地址空间是动态变化的，可以向两端进行伸缩，内部实现比较复杂；
  擅长在容器首部、尾部插入或删除元素，效率高；

37、vector迭代器失效的情况

push_back导致迭代器失效：当容量不足时会触发扩容，导致整个vector重新申请内存，造成迭代器失效。
insert导致迭代器失效：与push_back类似。
erase导致迭代器失效：导致被删除位置之后的元素移动，导致被移动部分的迭代器失效。

（vector迭代器失效的情况）

38、map与unordered_map对比

有序性：map是有序的，unordered_map是无序的。
底层数据结构：map底层数据结构是红黑树，unordered_map底层数据结构是哈希表。
查询、插入效率：map查询时间复杂度为O(logn)，unordered_map查询时间复杂度为O(1)。
占用内存：unordered_map占用内存比map小。

39、unordered_map与unordered_set对比

unordered_map是key-value式存储的，unordered_set是key式存储的。