[C++]C++面试知识总结

1.程序运行知识

1.1 内存布局和分配方式

C程序的内存布局如下：

• 静态存储区：存储全局变量和static变量，通常在程序编译期间已经分配好了。
  • BSS段：存放未初始化的static变量和全局变量
  • Data段：存放初始化过的static变量和全局变量
  • Text段：存储程序的二进制代码，程序代码区。　　
• 堆：程序运行时通过malloc申请的内存区存放在堆中，需要使用free来释放该内存空间，生存期在malloc和free之间。
• 栈：执行函数时，函数的局部变量存储在栈中，执行结束后自动释放该内存区域，栈内存分配运算内置与处理器指令集中。

C++程序的内存布局与C程序布局类似，区别是C++不再区分全局变量和静态变量是否已经初始化，全部存储在静态存储区；另外堆中存放new/delete申请释放的资源，而malloc和free申请的资源存放在自由存储区。

1.2 内存溢出原因

• 栈溢出：越界访问造成，例如局部变量数组越界访问或者函数内局部变量使用过多，超出了操作系统为该进程分配的栈的大小，还有递归函数层次过多超过了栈大小。
• 堆溢出：程序申请了资源但忘记释放该资源，造成内存泄露，累积泄露内存过多会造成内存溢出。

1.3 内存泄露和检测

• C++内存泄漏检测内存泄露是指程序中动态分配了内存，但是在程序结束时没有释放这部分内存,从而造成那一部分内存不可用的情况。
•  动态内存泄露检测：检查new/delete的资源是否正确释放，检查程序运行期间内存是否一直在增长，使用内存检测工具来检测泄露情况。

1.4  程序生成过程

• 预处理阶段：根据文件中的预处理指令来修改源文件的内容。如#include指令，作用是把头文件的内容添加到.cpp文件中。
• 编译阶段：将其翻译成等价的中间代码或汇编代码。
• 汇编阶段：把汇编语言翻译成目标机器指令。
• 链接阶段：例如，某个源文件中的函数可能引用了另一个源文件中定义的某个函数；在程序中可能调用了某个库文件中的函数。

1.5 预编译

• 定义：预编译又称为预处理 , 是做些代码文本的替换工作。处理 # 开头的指令 , 比如拷贝 #include 包含的文件代码， #define 宏定义的替换 , 条件编译等。
• 功能：宏定义，文件包含，条件编译。

1.6 头文件的作用

• 保存程序的声明。
• 通过头文件可以来调用库函数。因为有些代码不能向用户公布，只要向用户提供头文件和二进制的库即可。用户只需要按照头文件中的接口声明来调用库功能，编译器会从库中提取相应的代码。
• 如果某个接口被实现或被使用时，其方式与头文件中的声明不一致，编译器就会指出错误，这一简单的规则能大大减轻程序员调试、改错的负担。

2. 基本数据类型和用法知识

2.1 struct与class的区别

• 默认情况下，struct的成员变量是public的，而class是private的。
• struct保证成员按照声明顺序在内存中存储，而class不能保证。
• 默认情况下，struct是public继承，而class是private继承。

2.2 struct与union的区别

• struct中各个成员变量是独立的，union中的成员变量共享同一片内存区域，内存区域长度由成员变量中长度最大的一个决定。
• struct不能保证分配的是连续内存，但union分配的是连续内存。

2.3 const和define的用途以及区别

• const用途：用来定义常量、修饰函数参数、修饰函数返回值，可以避免被修改，提高程序的健壮性。
• define用途：是宏定义，在编译的时候会进行替换，这样做的话可以避免没有意义的数字或字符串，便于程序的阅读。
• 区别：const定义的数据有数据类型，而宏常量没有数据类型。编译器可以对const常量进行类型检查。而对宏定义只进行字符替换，没有类型安全检查，所以字符替换时可能出错。

2.4 枚举和define的区别

• #define 是在预编译阶段进行简单替换。枚举常量则是在编译的时候确定其值。
• 一般在编译器里，可以调试枚举常量，但是不能调试宏常量。
• 枚举可以一次定义大量相关的常量，而#define 宏一次只能定义一个。

2.5 内联函数和宏的区别

• 内联函数在编译时展开，宏在预编译时展开。
• 在编译的时候内联函数可以直接被嵌入到目标代码中，而宏只是一个简单的文本替换，内联函数可以完成诸如类型检测、语句是否正确等编译功能，宏就不具备这样的功能。inline函数是函数，宏不是函数。　　 

2.6 new/delete和malloc/free的区别

• new/delete用调用构造函数来实例化对象和调用析构函数释放对象申请的资源。
• malloc/free用来申请内存和释放内存，但是申请和释放的对象只能是内部数据类型。
• malloc与free是C++/C语言的标准库函数，new/delete是C++的运算符。

2.7 delete和delete[]的区别

• delete只会调用一次析构函数，delete[]会调用每一个成员的析构函数。
• delete与new配套，delete []与new []配套，用new分配的内存用delete删除用new[]分配的内存用delete[]删除。

2.8 指针和引用的概念和区别

• 指针指向一块内存，指针保存的是内存的地址；引用是变量的别名，本质是引用该变量的地址。解引用是取指针指向的地址的内容，取地址是获得变量在内存中的地址。
• 引用在创建的同时必须初始化，保证引用的对象是有效的，所以不存在NULL引用。
• 指针在定义的时候不必初始化，所以，指针则可以是NULL，可以在定义后面的任何地方重新赋值。
• 引用一旦被初始化为指向一个对象，它就不能被改变为另一个对象的引用。
• 指针在任何时候都可以改变为指向另一个对象。
• 引用的创建和销毁并不会调用类的拷贝构造函数。
• 因为不存在空引用，并且引用一旦被初始化为指向一个对象，它就不能被改变为另一个对象的引用，所以比指针安全。由于const 指针仍然存在空指针，并且有可能产生野指针，所以还是不安全。
• 程序会给指针变量分配内存区域，而引用不需要分配内存区域。
• 返回引用时，在内存中不产生被返回值的副本。

2.9 memset，memcpy和strcpy的区别

• memset用来对一段内存空间全部设置为某个字符。
• memcpy是内存拷贝函数，可以拷贝任何数据类型的对象。
• strcpy只能拷贝字符串，遇到’\0′结束拷贝。

2.10 指针在16位机，32位机，64位机中分别占多大内存

• 16位机：2字节。
• 32位机：4字节。
• 64位机：8字节。

2.11 字符指针,浮点数指针和函数指针哪个占用内存更大

• 一样大，指针的占用内存大小只和机器相关。

2.12 如何引用一个全局变量

• 在同一文件中：直接引用。
• 咋不同文件中：直接引用头文件；使用extern声明变量。

2.13 变量声明和定义的区别

• 变量声明：告诉编译器有某个类型的变量，但不会为其分配内存。
• 变量定义：位该类型的变量分配内存。

2.14 野指针,未初始化指针和空指针的区别

• 野指针：指向一个已删除的对象或无意义地址的指针。
  • 原因：指针变量没有被初始化，或者指针p被free或者delete之后，没有置为NULL。　　
• 空指针：空指针表示“未分配” 或者“尚未指向任何地方” 的指针。
• 区别：空指针可以确保不指向任何对象或函数; 而未野指针或初始化指针则可能指向任何地方。

2.15 常量指针和指针常量的区别

• 常量指针：是一个指向常量的指针。可以防止对指针误操作而修改该常量。
• 指针常量：是一个常量，且是一个指针。指针常量不能修改指针所指向的地址，一旦初始化，地址就固定了，不能对它进行移动操作。但是指针常量的内容是可以改变。

2.16 指针函数和函数指针的区别

• 指针函数：返回值是指针的函数。
• 函数指针：一个指向函数的指针。函数名被括号括起来，并且加有指针符号。

2.17 const char*, char const*, char* const的区别

• char * const cp;//cp是常指针，指向char类型的数据
• const char * cp;//cp是char类型的指针，指向const char
• char const * p;//C++里面没有const*的运算符，所以const属于前面的类型。

2.18 static全局变量与普通的全局变量的区别

• 全局变量在整个工程文件内都有效。
• 静态全局变量只在定义它的文件内有效。
• 全局变量和静态变量如果没有手工初始化，则由编译器初始化为0。

2.19 static局部变量和普通局部变量的区别

• 静态局部变量只在定义它的函数内有效，只是程序仅分配一次内存，函数返回后，该变量不会消失，直到程序运行结束后才释放。
• 普通局部变量在定义它的函数内有效，这个函数返回会后失效。
• static局部变量会自动初始化，而局部变量不会。

2.20 sizeof用在不同对象上的区别

• sizeof是C语言的一种单目操作符，并不是函数。sizeof以字节的形式返回操作数的大小。
• 若操作数具有类型char、unsigned　char或signed　char，其结果等于1。
• 当操作数是指针时，sizeof依赖于系统的位数。
• 当操作数具有数组类型时，其结果是数组的总字节数。
• 联合类型操作数的sizeof是其最大字节成员的字节数。
• 结构类型操作数的sizeof是这种类型对象的总字节数。
• 如果操作数是函数中的数组形参或函数类型的形参，sizeof给出其指针的大小。

2.21 sizeof与strlen的区别

• sizeof是运算符，计算数据所占的内存空间；strlen（）是一个函数，计算字符数组的字符数。
• sizeof可以用类型作参数；strlen（）只能用char*作参数，必须是以‘/0’结束。
• 数组做sizeof的参数不退化,传递给strlen就退化为指针了。
• sizeof操作符的结果类型是size_t，它在头文件中typedef为unsigned　int类型。该类型保证能容纳实现建立的最大对象的字节大小。

2.22 空指针指向了内存的什么地方

• 标准并没有对空指针指向内存中的什么地方这一个问题作出规定，一般取决于系统的实现。我们常见的空指针一般指向 0 地址，即空指针的内部用全 0 来表示。空指针的“逻辑地址”一定是0，对于空指针的地址，操作系统是特殊处理的。并非空指针指向一个0地址的物理地址。在实际编程中不需要了解在我们的系统上空指针到底是一个 0指针还是非0地址，我们只需要了解一个指针是否是空指针就可以了——编译器会自动实现其中的转换，为我们屏蔽其中的实现细节。

2.23 有一个char * 型指针刚好指向一些int 型变量, 我想跳过它们。 为什么((int *)p)++; 不行？

• 类型转换的实质“把这些二进制位看作另一种类型, 并作相应的对待”。
• ((int *)p)++是一个转换操作符, 根据定义它只能生成一个右值(rvalue)。
• 而右值既不能赋值, 也不能用++ 自增。
• 正确的做法:p = (char *)((int *)p + 1);。

3. 面向对象知识

3.1 面向对象三个基本特点

• 封装：将客观事物抽象成类，每个类对自身的数据和方法。封装可以使得代码模块化，目的是为了代码重用。
• 继承：子类继承父类的方法和属性，继承可以扩展已存在的代码，目的是为了代码重用。
• 多态：通过继承同一个基类，产生了相关的不同的派生类，与基类中同名的成员函数在不同的派生类中会有不同的实现，也就是说：一个接口、多种方法。

3.2 多态的作用

• 可以隐藏实现的细节，使得代码模块化；方便扩展代码；
• 可以实现接口重用。

3.3 空类默认的成员函数

• 默认构造函数
• 析构函数
• 复制构造函数
• 赋值运算符

3.4 类的成员函数重载、覆盖和隐藏的概念和区别

• 重载是指再同一个作用域内，有几个同名的函数，但是参数列表的个数和类型不同。
• 函数覆盖是指派生类函数覆盖基类函数，函数名、参数类型、返回值类型一模一样。派生类的对象会调用子类中的覆盖版本，覆盖父类中的函数版本。
• 隐藏”是指派生类的函数屏蔽了与其同名的基类函数。
• 覆盖和隐藏的区别：
  • 派生类的函数与基类的函数同名，但是参数不同。此时，不论有无virtual关键字，基类的函数将被隐藏。
  • 派生类的函数与基类的函数同名，参数也相同。基类函数有virtual，是覆盖，没有virtual就是隐藏。

3.5 基类和子类的构造、析构顺序

• 定义一个对象时先调用基类的构造函数、然后调用派生类的构造函数
• 先派生类的析构后基类的析构，也就是说在基类的的析构调用的时候,派生类的信息已经全部销毁了

3.6 深拷贝与浅拷贝的区别

• 深拷贝意味着拷贝了资源和指针
• 浅拷贝只是拷贝了指针，没有拷贝资源

3.7 构造函数的特点

• 构造函数只在建立对象的时候自动被调用一次
• 构造函数必须是公共的，否则无法生成对象
• 构造函数只负责为自己的类构造对象　

3.8 析构函数的特点

• 函数名称固定：~类名( )
• 没有返回类型，没有参数
• 不可以重载，一般由系统自动的调用

3.8 公有继承、私有继承、受保护的继承

• 公有继承时，派生类对象可以访问基类中的公有成员，派生类的成员函数可以访问基类中的公有和受保护成员；公有继承时基类受保护的成员，可以通过派生类对象访问但不能修改。
• 私有继承时，基类的成员只能被直接派生类的成员访问，无法再往下继承。
• 受保护继承时，基类的成员也只被直接派生类的成员访问，无法再往下继承。

3.9 类成员中只能使用构造函数的初始化列表而不能赋值的有哪些

• const成员
• 引用成员

3.10 函数模板与类模板的区别

• 函数模板是模板的一种，可以生成各种类型的函数实例，函数模板的实例化是由编译程序在处理函数调用时自动完成的
• 类模板的实例化必须由程序员在程序中显式地指定。

3.11 引用与多态的关系

• 引用就是对象的别名。
• 引用主要用作函数的形参。
• 引用必须用与该引用同类型的对象初始化： 引用是除指针外另一个可以产生多态效果的手段。
• 一个基类的引用可以指向它的派生类实例。

3.12 static成员变量和static成员函数

• static数据成员独立于该类的任意对象而存在。
• tatic数据成员（const static数据成员除外）在类定义体内声明，必须在类外进行初始化。
• static数据成员定义放在cpp文件中，不能放在初始化列表中。
• static成员函数在类的外部定义。
• Static成员函数没有this形参。
• 可以直接访问所属类的static成员，不能直接使用非static成员。
• 因为static成员不是任何对象的组成部分，所以static成员函数不能被声明为const。
• static成员函数也不能被声明为虚函数。

3.13 static总结

• 函数体内static变量的作用范围为该函数体，不同于auto变量，该变量的内存只被分配一次，因此其值在下次调用时仍维持上次的值。
• 在模块内的static全局变量可以被模块内所用函数访问，但不能被模块外其它函数访问。
• 在模块内的static函数只可被这一模块内的其它函数调用，这个函数的使用范围被限制在声明它的模块内。
• 在类中的static成员变量属于整个类所拥有，对类的所有对象只有一份拷贝。
• 在类中的static成员函数属于整个类所拥有，这个函数不接收this指针，因而只能访问类的static成员变量。

3.13 const总结

• 欲阻止一个变量被改变，可以使用const关键字。在定义该const变量时，通常需要对它进行初始化，因为以后就没有机会再去改变它了。
• 对指针来说，可以指定指针本身为const，也可以指定指针所指的数据为const，或二者同时指定为const。
• 在一个函数声明中，const可以修饰形参，表明它是一个输入参数，在函数内部不能改变其值。
• 对于类的成员函数，若指定其为const类型，则表明其是一个常函数，不能修改类的成员变量。
• 对于类的成员函数，有时候必须指定其返回值为const类型，以使得其返回值不为“左值”。

4. STL标准库

4.1 STL

• 容器：主要的七种容器 vector,list,deque,map,multimap,set,multiset。
• 算法
• 迭代器

参考文献

[1] c++面试知识，知乎。