面试题小品

Cheeeeellin
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sizeof运算符和strlen函数的区别是什么

  • 使用时机：sizeof 在编译时确定大小，而 strlen 在运行时计算字符串长度。
  • 用途：sizeof 用于获取内存占用大小，strlen 用于获取字符串长度。
  • 对象：sizeof 可以用于任何数据类型，而 strlen 只能用于以 null 结尾的字符串。
  • 返回值：sizeof 返回的是字节数，而 strlen 返回的是字符数。
  • 性能：sizeof 没有运行时开销，因为它在编译时就已经确定；strlen 需要遍历整个字符串直到找到 null 字符，因此有运行时开销。

strcpy,memcpy

strcpy函数将源字符串（包括结尾的 null 字符 \0）复制到目标字符串中。

  1. 重叠字符串：如果源字符串和目标字符串有重叠，strcpy 可能会导致未定义的行为。在这种情况下，应使用 strncpy 函数。
  2. 安全替代：为了更安全地复制字符串，可以使用 strncpy 函数，它允许指定最大复制的字符数。但是，即使使用 strncpy，也需要确保正确处理字符串的结尾。

memcpy是一个内存复制函数，它将指定数量的字节从源内存区域复制到目标内存区域。

memcpy 不会停止复制操作来检查源或目标内存区域中的 null 字符。 它可以用于复制任意类型的数据，包括结构体和数组。

malloc和new

前者只分配内存，不会调用任何构造函数。- 返回 void* 类型的指针，需要显式地转换为需要的指针类型。

  • 需要手动调用 free 来释放内存。

后者分配内存，并调用对象的构造函数。- 返回正确类型的指针，无需显式类型转换。

  • 需要使用 delete 来释放单个对象的内存，使用 delete[] 来释放数组的内存。

虚函数与纯虚函数

  1. 虚函数（Virtual Function） ：

    • 虚函数是一个在基类中声明为 virtual 的函数，可以在派生类中被重写。
    • 虚函数可以有实现（即函数体），也可以没有实现（即只有声明）。
    • 一个类如果包含至少一个虚函数，它就被称为多态类（polymorphic class）。
    • 虚函数的调用在运行时动态绑定，即根据对象的实际类型来调用相应的函数。

  2. 纯虚函数（Pure Virtual Function） ：

    • 纯虚函数是一个在基类中声明为 virtual 并且没有实现的函数，其声明的末尾有两个关键字 = 0。
    • 包含至少一个纯虚函数的类被称为抽象类（abstract class），抽象类不能被实例化。
    • 纯虚函数的主要目的是作为接口，强制派生类提供特定的实现。
    • 派生类必须重写所有纯虚函数，除非派生类也是抽象类。

示例：

cpp
class Base {
public:
    virtual void func1() { /* 实现 */ } // 虚函数
    virtual void func2() = 0; // 纯虚函数
};

class Derived : public Base {
public:
    void func1() override { /* 重写实现 */ }
    void func2() override { /* 实现 */ } // 必须提供实现
};

区别：

  • 实现：虚函数可以有实现，而纯虚函数没有实现。
  • 实例化：包含虚函数的类可以被实例化，而包含纯虚函数的类不能被实例化，它们是抽象类。
  • 目的：虚函数用于实现多态性，允许在基类指针或引用上调用函数时动态绑定到派生类的实现。纯虚函数用于定义接口，确保派生类实现某些函数。
  • 重写：派生类可以不重写虚函数（除非需要改变行为），但必须重写纯虚函数（除非派生类也是抽象类）。

goto语句作用

在 C++ 中，goto 语句是一种无条件的跳转语句，它允许程序的控制流跳转到同一作用域内的某个标签处。goto 通常用于跳出深层嵌套的循环或跳出复杂的代码块。

语法：

goto 标签名;

示例：

    // 外层循环
    for (i = 0; i < 5; ++i) {
        // 中层循环
        for (j = 0; j < 5; ++j) {
            // 内层循环
            for (k = 0; k < 5; ++k) {
                if (i * j * k > 10) {
                    std::cout << "Jumping out of loops!" << std::endl;
                    goto end; // 跳转到 end 标签
                }
            }
        }
    }
    
    // 如果没有跳转，执行到这里
    std::cout << "This will not be printed." << std::endl;

end:
    std::cout << "This will be printed after the goto statement." << std::endl;

    return 0;
}

注意事项：

  1. 标签定义：标签是由标识符和冒号组成的，它必须位于 goto 语句之前，且在同一个作用域内。

  2. 跨函数跳转：goto 不能跳转到另一个函数中的标签。

  3. 跨作用域跳转：goto 不能跳转到不同作用域的标签，例如不能从函数内部跳转到函数外部。

  4. 跳过初始化：使用 goto 可能会跳过变量的初始化，这可能导致未定义的行为。

goto 在某些情况下可能有用，但一般建议尽量避免使用它，除非没有更好的替代方案

nullptr

用于声明一个指向特定类型的空指针

可以被隐式转换为任何指针类型，但不会转换为整数类型；

nullptr 可以用作任何指针类型的初始值，但它必须被转换为相应的指针类型。

STRUCT和CLASS的区别

  1. 默认访问权限：

    • struct 的成员默认是 public，这意味着在没有指定访问修饰符的情况下，struct 的成员可以被任何访问该 struct 的代码访问。
    • class 的成员默认是 private，这意味着在没有指定访问修饰符的情况下，class 的成员只能被类的内部以及友元函数访问。

  2. 继承访问权限：

    • 当一个 struct 继承自另一个 struct 或 class 时，基类的 private 成员在派生 struct 中仍然是 private，基类的 protected 成员在派生 struct 中变为 public。
    • 当一个 class 继承自另一个 class 或 struct 时，基类的 private 成员在派生 class 中仍然是 private，基类的 protected 成员在派生 class 中仍然是 protected。

  3. 设计意图：

    • struct 通常用于表示简单的数据集合，它强调数据的聚合，而不是数据的封装和抽象。
    • class 通常用于表示复杂的数据类型和对象的封装，它强调数据的隐藏和操作数据的函数的封装。

  4. 布局：

    • 在某些编译器实现中，struct 和 class 在内存布局上可能有所不同，尽管这并不是标准规定的行为。

  5. 历史和习惯用法：

    • 在 C++ 的早期版本中，struct 没有方法和继承，只能用来定义纯数据结构。随着 C++ 的发展，struct 获得了与 class 相同的功能。
    • 在 C 语言中，struct 只能包含数据，不能包含函数。在 C++ 中，struct 和 class 都可以包含数据和函数。

智能指针和指针的区别

  1. 内存管理：

    • 智能指针：自动管理内存，当智能指针对象的生命周期结束时，会自动释放它所指向的内存。
    • 普通指针：需要程序员手动使用 new 和 delete 操作符来分配和释放内存。

  2. 类型：

    • 智能指针：实际上是一个模板类的对象，例如 std::unique_ptr、std::shared_ptr 和 std::weak_ptr。
    • 普通指针：是直接指向某个数据类型的内存地址的变量。

  3. 所有权：

    • 智能指针：

      • std::unique_ptr 表示独占所有权，不允许复制，只能移动。
      • std::shared_ptr 使用引用计数机制，表示多个指针可以共享同一个对象。

    • 普通指针：没有所有权的概念，需要程序员自己确保资源的正确释放。

  4. 异常安全：

    • 智能指针：通常提供异常安全保证，即使在抛出异常时也能确保内存被释放。
    • 普通指针：如果异常发生时没有正确释放内存，可能会导致内存泄漏。

  5. 使用场景：

    • 智能指针：用于管理动态分配的内存，避免手动管理内存的错误。
    • 普通指针：用于各种场景，包括但不限于指向静态分配、栈分配或动态分配的内存。

  6. 性能开销：

    • 智能指针：有一定的性能开销，特别是在 std::shared_ptr 中，因为需要维护引用计数。
    • 普通指针：没有额外的性能开销。

  7. 兼容性：

    • 智能指针：不能直接与 C 语言 API 一起使用，因为 C++ 的智能指针对于 C 语言来说是不透明的。
    • 普通指针：可以与 C 语言 API 无缝交互。

  8. 功能：

    • 智能指针：除了基本的指针功能外，还提供了额外的功能，如自动内存管理、引用计数、自定义删除器等。
    • 普通指针：只有基本的指针功能。

线程之间的通信方式

  1. 互斥量（Mutex） ：

    • 用于保护共享数据，确保同一时间只有一个线程可以访问临界区。

  2. 锁（Locks） ：

    • 例如 std::lock_guard、std::unique_lock，它们使用 Mutex 来管理对共享资源的访问。

  3. 条件变量（Condition Variables） ：

    • 允许线程等待某些条件成立，当其他线程更改了这些条件时，条件变量可以被用来唤醒等待的线程。

  4. 线程安全队列：

    • 一种线程安全的队列实现，可以在生产者-消费者场景中使用。

  5. 原子操作（Atomic Operations） ：

    • std::atomic 提供了一种机制，使得单个变量的操作是原子的，即不可中断的。

  6. 信号量（Semaphores） ：

    • 用于控制对共享资源的访问数量。

  7. 屏障（Barriers） ：

    • 确保所有线程都到达某个点后再继续执行。

  8. Future 和 Promise：

    • std::future 和 std::promise 允许线程之间传递值或异常。

  9. 线程局部存储（Thread-Local Storage, TLS） ：

    • 使用 thread_local 关键字声明的变量，每个线程都有其独立的实例。

  10. 共享内存：

    • 直接通过共享内存地址来通信，需要配合同步机制使用。

  11. 消息传递接口：

    • 如 POSIX 消息队列，可以用来在不同线程或进程之间传递消息。

  12. 管道（Pipes） ：

    • 可以用于线程之间的简单通信。

  13. 套接字（Sockets） ：

    • 在分布式系统中，线程可以通过网络套接字进行通信。

  14. 文件映射（Memory-Mapped Files） ：

    • 允许多个线程通过文件系统访问同一块内存区域。
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