一， C/C++语法基础

C和C++有什么区别？

C++是面向对象的语言，而C是面向过程的语言；
C++引入new/delete运算符，取代了C中的malloc/free库函数；
C++引入引用的概念，而C中没有；
C++引入类的概念，而C中没有；
C++引入函数重载的特性，而C中没有。

`new/delete`和`malloc/free`之间有什么关系？

相同点：
- 对于内部数据类型来说，没有构造与析构的过程，所以两者是等价的，都可以用于申请动态内存和释放内存；
不同点：
- new/delete可以调用对象的构造函数和析构函数，属于运算符，在编译器权限之内；
- malloc/free仅用于内存分配和释放，属于库函数，不在编译器权限之内；
- new是类型安全的，而malloc返回的数据类型是void *，所以要显式地进行类型转换；
- new可以自动计算所需字节数，而malloc需要手动计算；
- new申请内存失败时抛出bad_malloc异常，而malloc返回空指针。

如果在申请动态内存时找不到足够大的内存块，即`malloc`和`new`返回空指针，那么应该如何处理这种情况？

对于malloc来说，需要判断其是否返回空指针，如果是则马上用return语句终止该函数或者exit终止该程序；
对于new来说，默认抛出异常，所以可以使用try...catch...代码块的方式：

内存泄漏的场景：

malloc和free未成对出现；new/new []和delete/delete []未成对出现；
- 在堆中创建对象分配内存，但未显式释放内存；比如，通过局部分配的内存，未在调用者函数体内释放：
```
char* getMemory() {
    char *p = (char *)malloc(30);
    return p;
}
int main() {
    char *p = getMemory();
    return 0;
}
```
- 在构造函数中动态分配内存，但未在析构函数中正确释放内存；
未定义拷贝构造函数或未重载赋值运算符，从而造成两次释放相同内存的做法；比如，类中包含指针成员变量，在未定义拷贝构造函数或未重载赋值运算符的情况下，编译器会调用默认的拷贝构造函数或赋值运算符，以逐个成员拷贝的方式来复制指针成员变量，使得两个对象包含指向同一内存空间的指针，那么在释放第一个对象时，析构函数释放该指针指向的内存空间，在释放第二个对象时，析构函数就会释放同一内存空间，这样的行为是错误的；
没有将基类的析构函数定义为虚函数。
在Linux系统下，可以使用valgrind、mtrace等内存泄漏检测工具。

`struct`和`class`有什么区别？

成员的默认访问权限：

struct的成员默认为public权限，class的成员默认为private权限；
默认继承权限：

struct的继承按照public处理，class的继承按照private处理。

指针和引用有什么区别？

指针是一种对象，用来存放某个对象的地址，占用内存空间，而引用是一种别名，不占用内存空间；
指针可以声明为空，之后进行初始化，普通指针可以随时更换所指对象，而引用必须在声明的时候初始化，而且初始化后不可改变；
指针包含指向常量的指针和常量指针，而引用不包含常量引用，但包含对常量的引用。

堆和栈有什么区别？

分配和管理方式不同：
- 堆是动态分配的，其空间的分配和释放都由程序员控制；
- 栈是由编译器自动管理的，其分配方式有两种：静态分配由编译器完成，比如局部变量的分配；动态分配由alloca()函数进行分配，但是会由编译器释放；
产生碎片不同：
- 对堆来说，频繁使用new/delete或者malloc/free会造成内存空间的不连续，产生大量碎片，是程序效率降低；
- 对栈来说，不存在碎片问题，因为栈具有先进后出的特性；
生长方向不同：
- 堆是向着内存地址增加的方向增长的，从内存的低地址向高地址方向增长；
- 栈是向着内存地址减小的方向增长的，从内存的高地址向低地址方向增长；
申请大小限制不同：
- 栈顶和栈底是预设好的，大小固定；
- 堆是不连续的内存区域，其大小可以灵活调整。

浅拷贝和深拷贝有什么区别？

浅拷贝只复制指向某个对象的指针，而不复制对象本身，新旧对象还是共享一块内存；而深拷贝会创造一个相同的对象，新对象与原对象不共享内存，修改新对象不会影响原对象。

动态绑定是如何实现的？

当编译器发现类中有虚函数时，会创建一张虚函数表，把虚函数的函数入口地址放到虚函数表中，并且在对象中增加一个指针vptr，用于指向类的虚函数表。当派生类覆盖基类的虚函数时，会将虚函数表中对应的指针进行替换，从而调用派生类中覆盖后的虚函数，从而实现动态绑定。

构造函数和析构函数能抛出异常吗？

从语法的角度来说，构造函数可以抛出异常，但从逻辑和风险控制的角度来说，尽量不要抛出异常，否则可能导致内存泄漏。
析构函数不可以抛出异常，如果析构函数抛出异常，则异常点之后的程序，比如释放内存等操作，就不会被执行，从而造成内存泄露的问题；而且当异常发生时，C++通常会调用对象的析构函数来释放资源，如果此时析构函数也抛出异常，即前一个异常未处理又出现了新的异常，从而造成程序崩溃的问题。

什么是智能指针？智能指针有什么作用？分为哪几种？各自有什么样的特点？

智能指针是一个RAII类模型，用于动态分配内存，其设计思想是将基本类型指针封装为（模板）类对象指针，并在离开作用域时调用析构函数，使用delete删除指针所指向的内存空间。

智能指针的作用是，能够处理内存泄漏问题和空悬指针问题。

分为auto_ptr、unique_ptr、shared_ptr和weak_ptr四种，各自的特点：

对于auto_ptr，实现独占式拥有的概念，同一时间只能有一个智能指针可以指向该对象；但auto_ptr在C++11中被摒弃，其主要问题在于：
- 对象所有权的转移，比如在函数传参过程中，对象所有权不会返还，从而存在潜在的内存崩溃问题；
- 不能指向数组，也不能作为STL容器的成员。
对于unique_ptr，实现独占式拥有的概念，同一时间只能有一个智能指针可以指向该对象，因为无法进行拷贝构造和拷贝赋值，但是可以进行移动构造和移动赋值；
对于shared_ptr，实现共享式拥有的概念，即多个智能指针可以指向相同的对象，该对象及相关资源会在其所指对象不再使用之后，自动释放与对象相关的资源；
对于weak_ptr，解决shared_ptr相互引用时，两个指针的引用计数永远不会下降为0，从而导致死锁问题。而weak_ptr是对对象的一种弱引用，可以绑定到shared_ptr，但不会增加对象的引用计数。

`shared_ptr`是如何实现的？

构造函数中计数初始化为1；
拷贝构造函数中计数值加1；
赋值运算符中，左边的对象引用计数减1，右边的对象引用计数加1；
析构函数中引用计数减1；
在赋值运算符和析构函数中，如果减1后为0，则调用delete释放对象。

`vector`的`reserve()`和`resize()`方法之间有什么区别？

首先，vector的容量capacity()是指在不分配更多内存的情况下可以保存的最多元素个数，而vector的大小size()是指实际包含的元素个数；

其次，vector的reserve(n)方法只改变vector的容量，如果当前容量小于n，则重新分配内存空间，调整容量为n；如果当前容量大于等于n，则无操作；

最后，vector的resize(n)方法改变vector的大小，如果当前容量小于n，则调整容量为n，同时将其全部元素填充为初始值；如果当前容量大于等于n，则不调整容量，只将其前n个元素填充为初始值。

Tcp和udp区别描述清楚。但是udp在现实哪些场景下用不知道。

第二节进程和线程

#00 进程和线程有什么区别？

进程是资源分配的最小单位，拥有独立的地址空间，每启动一个进程，系统都会建立数据表来维护其代码段、堆栈段和数据段；创建和切换进程的开销较大；进程间通信较复杂；多进程程序更加安全，进程间互不影响。
线程是程序执行的最小单位，没有独立的地址空间；创建和切换线程的开销较小；线程间通信较方便；多线程程序不易维护，线程间相互影响。

#01 多进程和多线程有什么区别？

多进程中数据是分离的，这样共享复杂，同步简单；而多线程中数据是共享的，这样共享简单，同步复杂；
进程创建、销毁和切换比较复杂，速度较慢；线程创建、销毁和切换比较简单，速度较快；
进程占用内存多，CPU利用率低；线程占用内存少，CPU利用率高；
多进程的编程和调试比较简单，多线程的编程和调试比较复杂；
进程间不会相互影响；而一个线程挂掉将导致整个进程挂掉；
多进程适用于多核、多机分布；多线程适用于多核分布。

进程间的通信方式有哪些？

匿名管道pipe：半双工的通信方式，数据只能单向流动，且只能在有亲缘关系的进程间使用；
有名管道named pipe：与pipe相似，但允许在无亲缘关系的进程间使用；
消息队列message queue：消息链表，存放在内核中并由消息队列标识符进行标识，克服了信号传递信息少、管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点；
共享存储shared memory：映射一段能够被其他进程访问的内存，一般与信号量配合使用；
信号量semophore：计数器，用来控制多个进程对共享资源的访问，常常作为锁机制，用于不同进程间或同一进程内不同线程间的同步；
套接字socket：可用于不同机器间的进程通信；
信号signal：比较复杂，用于通知进程某个事件已经发生。

什么是进程切换/上下文切换？

进程切换即上下文切换，是指处理器从一个进程切换到另一个进程，内核在处理器上对于进程进行以下操作：

挂起一个进程，将这个进程在处理器中的状态（即上下文）存储于内存中；
在内存中检索下一个进程的上下文，并将其在CPU的寄存器中恢复；
跳转到程序计数器所指向的位置（即跳转到进程被中断时的代码行），以恢复该进程。

#00 同步和异步有什么区别？

同步是指在发起一个调用之后，调用者需要一直等待调用结果的通知，才能进行后续的操作；
异步是指在发起一个调用之后，调用者不能立即得到调用结果的返回，需要被调用者通过状态、通知和回调来通知调用者。

需要注意的是，同步/异步强调的是消息通信机制。

#01 阻塞和非阻塞有什么区别？

阻塞是指在发起一个调用之后，在消息返回之前，当前进程/线程会被挂起，直到有消息返回，当前进程/线程才会被激活；
非阻塞是指在发起一个调用之后，不会阻塞当前进程/线程，而会立即返回。

需要注意的是，阻塞/非阻塞强调的是等待消息时的状态。

`select`、`poll`、`epoll`之间有什么区别？

select本质上是通过设置和轮询fd_set来检查是否有就绪的文件描述符，其缺点在于：
- 单个进程可监视的文件描述符数量较少，在32位机器上默认为1024个，在64位机器上默认为2048个；
- 每次调用select都需要把fd_set从用户空间拷贝到内核空间，文件描述符较多时开销较大；
- 每次调用select都需要线性扫描fd_set，文件描述符较多时开销较大。
poll与select相似，不同之处在于poll使用pollfd链表结构保存文件描述符，因此与select相比，没有文件描述符数量的限制。
epoll提供了三个函数：
- epoll_create用于创建一个epoll句柄；
- epoll_ctl用于注册要监听的事件类型，其特点是：
  - 每次注册新的事件到epoll句柄中时，会把所有的文件描述符拷贝进内核空间，保证了每个文件描述符在整个过程中只拷贝一次，不会出现重复拷贝；
  - 为每个文件描述符指定一个回调函数，当事件发生时，就会调用这个回调函数，把就绪的文件描述符加入到就绪链表中；
- epoll_wait用于等待事件的发生，唤醒等待中的进程；
epoll对文件描述符的操作有两种模式：
- 水平触发：当epoll_wait检测到描述符事件发生并将此事件通知应用程序，应用程序可以不立即处理该事件，下次调用epoll_wait时，将会再次响应应用程序并通知此事件；
- 边缘触发：当epoll_wait检测到描述符事件发生并将此事件通知应用程序，应用程序必须立即处理该事件，如果不处理，下次调用epoll_wait时，不会再次响应应用程序并通知此事件；

需要注意的是，表面上看epoll的性能最好，但是连接数量较少并且都十分活跃的情况下，select和poll的性能可能较好，因为epoll的通知机制需要使用回调函数。

#01 TCP/IP的四层网络模型包含哪些层？

应用层(对应OSI的应用层、表示层、会话层)、运输层、网际层(对应OSI的网络层)、网络接口层(对应OSI的数据链路层、物理层)。 github.com/zouxiaobo/i…

C++面试题