C++面试题库

1. C++11新特性

1.1 类型推导

• auto：用于推导变量类型；
• decltype：用于推导表达式类型；

// 两者均在编译器执行类型推导
auto a = 1;
const int& b = 2;
decltype(b) c = 3;

1.2 左值-右值

• 左值：可以取地址，放在等式左边的；
• 右值：不能取地址，不能放在等号左边的；
• 左值引用：对左值进行引用类型
• 右值引用：对右值进行引用类型
• 移动语义：主要用于转移变量的资源所有权，将原始的资源归为己用，原来的变量被销毁
• 完美转发：std::forward，目标函数和转发函数类型一致

int a = 1; // a是左值
int b = a + 1; // b+1的返回值以及1字符型常量，均为右值
int& c = a; // 左值引用
int&& d = std::move(a); // 通过std:move将左值a转换为右值，从而使用右值引用
std::forward<int&>(a); // 完美转发，a是左值引用类型

1.3 列表初始化

直接对变量使用列表初始化值，包括基本数据类型、数组、STL

float a{10.2};
int b[2] = {1, 2};
std::vector<int> c{1, 3 ,6};

1.4 lambda表达式 && std::function && std::bind

• lanbda表达式：匿名函数
  auto func = [capture] (params) -> ret { func_body; };
• std::function：函数对象
• std::bind：绑定可调用对象和参数

// 1.lamdba表达式,
// []不捕获任何变量;
// [&]引用捕获，捕获外部作用域所有变量，在函数体内当作引用使用;
// [=]值捕获，捕获外部作用域所有变量，在函数内内有个副本使用
// [a]只值捕获a变量，不捕获其它变量
// [this]捕获当前类中的this指针
vector<int> nums{2, 6, 3, 8};
auto sort_nums = [](int a, int b) -> bool {return a > b;}
std::sort(nums.begin(), nums.end(), sort_nums);

// 2.function函数
void print_nums(int a) {
	std::cout << "a: " << a << std::endl;
}

std::function<void(int)> fun = print_nums; // function调用函数对象
fun(12);

// 3.std::bind函数
double callableFunc (double x, double y) {return x/y;}
auto NewCallable = std::bind (callableFunc, std::placeholders::_1,2);  
std::cout << NewCallable (10) << '\n';  // 相当于调用NewCallable(10, 2)，因为其中2被绑定

1.5 范围for

• 可遍历数组、容器、字符串以及可迭代对象

for (const auto& ele : elems) {
	std::cout << "ele: " << ele << std::endl;
}

1.6 智能指针

• shared_ptr：共享式指针，多个指针可同时共享对同一对象的拥有权；
• unique_ptr：独占式指针，管理唯一对象，仅有一个指针可访问该对象；
• weak_ptr：弱引用指针，可解决shared_ptr的循环引用问题；

std::shared_ptr<int> a_ptr = std::make_shared<int>(2);
std::weak_ptr<int> b_ptr = a_ptr;
std::unique_ptr<int> c_ptr = std::make_unqiue<int>(3);

1.7 final && override

• final：修饰类的关键字，表示禁止该类派生和虚函数的重写；
• override：修饰派生类成员函数，表名基类对应的函数被重写；

class base {
public:
	base() = default;
	virtual void function() {
	}
};

class derived : base {
public:
	dervied() = default;
	void function() override {
		std::cout << "override" << std::endl;
	}
};

1.8 线程与锁

• std::thread：可直接定义创建子线程，可使用join和detch；
• std::mutex：用于线程同步，配合std::lock_guard或std::unique_lock使用；
• std::condition_variable：条件变量，配合std::unique_lock使用，可阻塞线程；
• std::atomic：原子操作，可以不需要std::mutex保护；

互斥锁：用于多线程编程的同步机制，保证同一时刻只能有一个线程访问共享资源。

条件变量：用于多线程编程的同步机制，可以让一个线程在某些条件不满足时等待，并在条件满足时被唤醒；通常与互斥锁一起使用，以保证唤醒等待的线程能获得锁。

互斥锁用于保护共享资源；条件变量用于多线程协作运行。

void run(int nums) {
	nums++;
}
std::thread thread_process = std::thread(run, 10);
std::mutex lock_mutex;
std::lock_guard<std::mutex>(lock_mutex);
std::atomic<bool> process_single;

2. 多线程读写锁与普通锁的区别

普通锁仅保证多线程访问共享数据时互斥，同一时刻只能有一个线程访问共享数据；
读写锁允许多个线程同时读取共享数据，但有线程对数据写入时，其他线程不能对数据执行读写操作。

3. C++多态机制

C++多态机制是通过虚函数实现，允许程序运行时根据对象类型动态调用函数。

类中声明函数为虚函数，则C++会在类中增加一个虚函数表，该表中存储所有的虚函数地址，每个对象都有一个指向虚函数表的指针。

多态机制可增加代码的灵活性和可扩展性，减少代码的冗余性。

4. vector避免内存重新分配

vector可通过reverse预留足够多的内存空间，从而避免内存重新分配。

5. 指针与引用的区别

• 指针：存储变量的地址，指向内存单元；
• 引用：引用只是一个别名；

两者区别：可以有const指针，但没有const引用；指针可以为空，但引用必须被初始化；指针可以有多级，但引用只有一级。

6. 虚函数

构造函数不能是虚函数，因为构造函数是用来产生对象的，但虚函数是基于对象；
基类的析构函数可以是虚函数，可保证通过基类指针删除派生类对象时的正确资源回收，避免内存泄漏。

7. 进程和线程

进程是计算机中的一个独立的执行单元，它是操作系统进行资源分配和调度的基本单位；线程是进程的一个执行流，是 CPU 调度和分配的基本单位。

8. STL容器

STL容器分为两大类：序列式容器和关联式容器
序列式容器：vector（动态数组），deque（双端队列），list（双向链表），array（固定长度数组）；
关联式容器：map（键值对升序集合），set（不重复元素升序集合），unordered_map（键值对无序集合），unordered_set（不重复元素无序集合），multiset（可重复元素升序集合），multimap（可重复键值对升序集合）；

9. C和C++的区别

1. C++是面向对象的语言，而C是面向过程的结构化编程语言；
2. C++具有封装、多态和继承三大特性；
3. 相比于C，C++增加类型安全功能，如：强制类型转换、智能指针；
4. C++支持泛型编程，比如：模板类、函数模板等；

封装： 允许通过类隐藏实现细节，提供公共接口供其他函数使用，其数据封装和访问控制有助于防止不正确的访问。
多态： 包括静态多态（函数重载和操作符重载）和动态多态（虚函数运行时绑定）；
继承： 允许一个类从另一个类继承数据成员和成员函数，并且可以扩展或修改其行为，提供了代码复用和层次化的结构。

10. 程序内存分配方式

1. 栈区（stack）：编译器在需要时分配，不需要时自动清除的存储区，通常是局部变量、函数参数等；
2. 堆区（heap）：由程序员分配、释放，程序结束时可能由系统回收，通常是由 new、malloc分配内存，由delete、free释放内存；
3. 全局区（静态区）：全局变量和静态变量被分配到同一块内存，程序结束后由系统释放；
4. 常量存储区：存储常量字符串、字面值常量，不允许修改，由系统释放；
5. 程序代码区：存放函数体的二进制代码。

11. 如何防止内存泄露

内存泄漏：程序运行过程中，由于某种原因导致程序无法释放已经不再使用的内存，导致系统内存资源浪费。

防止内存泄漏：C++11提供智能指针，可以有效确保不使用的对象可释放（shared_ptr的引用计数为0即释放资源）；针对new的对象，不使用时需要使用delete释放。

12. vetcor的实现方式

vector是动态数组，属于STL（标准模板库） 的一种模板类型，内部通过动态数组存储元素，可在运行时动态改变底层数组容量，增加的元素超过当前最大容量，可自动分配内存（分配方式是在原来基础之上扩充两倍），一般提前预留容量（reserve）可避免二次内存分配，提高效率。

13. 虚函数概念

虚函数是指在另一个类中希望重写的成员函数，使用基类指针指向派生类对象时，调用虚函数时，实际调用的是派生类的函数。

类中一旦存在虚函数，变量便会多出一个虚函数表指针，空间会增大4字节（32位4字节，64位8字节）。

虚函数表数量：是一个类中虚函数的数量；

14. inline与宏的区别

• inline内联函数：编译时展开，直接嵌入到目标代码，可以进行类型检查、语句是否正确等；
• 宏：预编译时展开，简单的文本替换，无类型检查，存在一定的局限性和隐患。

15. 单例模式

单例模式（Singleton Pattern）,设计模式之一，保证一个类仅有一个实例，并提供全局访问入口函数，该实例被所有程序模块共享。

16. 静态成员变量和函数

• 静态成员变量：存储在全局区，必须要初始化（类外初始化，初始化时不带static）；
• 静态成员函数：声明和实现分离时，实现不带static，静态成员函数内部不能访问非静态成员变量，且不能为虚函数；

class base {
	static int base_variable;
};
int base::base_variable = 10;

17. C++类型转换

• static_cast：隐式转换。常用于基本数据类型的强制类型转换；
• dynamic_cast：基类指向派生类的转换；
• const_cast：用于去掉变量的const；
• reinterpret_cast：不安全的底层类型转换，可以将指针或者引用转换为其他类型的指针和引用；

18. new/delete和malloc/free的区别

• new/delete：属于C++的操作符，其底层是malloc和free实现；new自动分配内存，无需指定大小；
• malloc/free：属于标准库函数，由头文件stdlib.h引入；malloc需要自行指定动态分配内存的大小

19. vector和list区别

• vector底层实现是数组；list是双向链表；
• vector支持随机访问；list不支持；
• vector是按顺序分配内存；list不是；
• vector一次性分配内存，不够时才进行2倍扩充；list每次插入节点都会进行内存扩充；
• vector插入删除性能差；list插入删除性能好；

20. 虚函数和纯虚函数的区别

• 纯虚函数：类中只要存在纯虚函数，就是抽象类，抽象类无法实例化对象；且子类必须重写纯虚函数，否则子类也是纯虚函数；
• 虚函数：基类的函数前加virtual，子类可重写该函数；

class base {
public:
	base() = default;
	virtual void function() = 0;
};

class base_a : public base {
public:
	base_a() = default;
	void function() override {
		std::cout << "function" << std::endl;
	}
};

21. 虚函数和重载的区别

• 虚函数：虚函数是程序运行时根据对象的具体类型调用不同的函数，其在派生类中可被覆盖重写；
• 重载：同一命名域下，同一函数名存在不同的形参列表（包括类型和数量），在编译时匹配；

虚函数用于实现多态；重载用于提供函数的不同形式。