一、面向对象核心
1. 封装、继承、多态
| 特性 | 定义与核心作用 |
|---|
| 封装 | 将数据（成员变量）与操作（成员函数）封装为类，仅通过公共接口访问，隐藏实现细节，降低耦合，保护数据安全。 |
| 继承 | 子类复用父类的成员（数据 + 函数），但父类私有成员可继承不可访问；构造 / 析构 / 友元 / 静态成员不可继承。作用是提高代码复用率。 |
| 多态 | 不同子类对象对同一消息（父类接口）做出不同响应。核心价值是可扩展性（新增子类不影响原有逻辑）和可替换性。 |
2. 虚函数与多态实现
（1）虚函数底层原理
（2）哪些函数不能是虚函数？
- 构造函数：虚函数调用依赖 vptr，而 vptr 在构造函数执行时才初始化，若构造函数为虚函数，会因 vptr 未就绪导致无法调用；
- 静态成员函数：无 this 指针，无法访问 vptr（虚表依赖 this 指针定位）；
- 内联函数：编译时展开，无函数地址，无法存入虚函数表；
- 友元函数：不属于类成员，无 this 指针，无法关联虚表。
（3）final 关键字作用
- 修饰类：该类无法被继承（阻止继承）；
- 修饰虚函数：该虚函数无法被子类重写（阻止重写，注意：不是 “重载”，重载是同一作用域函数名相同参数不同）。
3. 类相关核心问题
（1）空类的大小与默认函数
- 空类大小：1 字节（编译器为区分空类的不同对象，分配 1 字节占位符）；
- 空类默认生成的函数：默认构造函数、默认拷贝构造函数、默认析构函数、默认赋值运算符（
operator=）、const 版本 / 非 const 版本取值运算符（operator&）。
（2）构造函数与析构函数的特殊规则
- 父类构造函数不能为虚函数（原因见 “虚函数” 部分）；
- 父类析构函数建议为虚函数：若父类指针指向子类对象，非虚析构仅调用父类析构，子类资源未释放，会导致内存泄漏；
explicit关键字：仅修饰「单参数构造函数」（或除第一个参数外其余有默认值的构造函数），禁止隐式类型转换（如A a = 1;若构造函数为explicit A(int x)则编译报错）。
（3）成员变量初始化顺序
- 优先级：静态成员（编译阶段初始化，存全局区）→ 基类成员 → 子类成员；
- 初始化列表：与「列表中顺序无关」，仅与「类中成员变量的定义顺序」一致；
- 特殊成员：
const成员必须在初始化列表初始化；静态成员必须在「类外初始化」。
（4）class 与 struct 的区别
- 默认继承权限：class 默认
private继承，struct 默认public继承；
- 模板参数：class 可用于定义模板参数（如
template <class T>），struct 不可；
- 兼容性：struct 保留是为了兼容 C 语言，C++ 中推荐用 class 定义对象模型。
二、内存管理
1. 指针与引用
（1）指针核心概念
- 本质：存储内存地址的变量（“指针变量” 的简称）；
- 大小：与 CPU 位数一致 ——32 位系统 4 字节，64 位系统 8 字节；
- 野指针：指向已释放内存或非法地址的指针，避免方式：①指针初始化（如
int* p = nullptr;）；②释放后赋值nullptr；③避免越界访问。
（2）左值引用与指针的区别
| 对比维度 | 左值引用 | 指针 |
|---|
| 初始化要求 | 必须初始化（绑定一个已存在的左值） | 可默认初始化（如int* p;） |
| 本质 | 左值的 “别名”，无独立内存 | 独立变量，存储地址，占内存 |
| 空值支持 | 不支持（无法绑定nullptr） | 支持（int* p = nullptr;） |
2. 智能指针
（1）本质与核心原理
- 本质：封装「原始指针」的类模板，通过「对象析构自动释放资源」，避免内存泄漏；
- 核心逻辑：智能指针对象生命周期结束时，析构函数自动调用
delete（或delete[]）释放管理的原始指针。
（2）常见智能指针特性
| 类型 | 核心特点 | 线程安全？ |
|---|
shared_ptr | 引用计数（控制块维护），多个指针共享资源；计数为 0 时释放资源。 | 引用计数线程安全，资源访问不安全（需额外加锁）。 |
weak_ptr | 弱引用，不增加shared_ptr的计数；解决shared_ptr循环引用问题；需通过lock()转为shared_ptr使用。 | 无独立线程安全保证，依赖shared_ptr。 |
unique_ptr | 独占资源，不支持拷贝（仅移动）；效率高于shared_ptr（无计数开销）。 | 不涉及共享，单线程安全。 |
（3）weak_ptr的计数与内存
- 有计数：控制块中维护「强弱引用计数」（强计数：
shared_ptr数量；弱计数：weak_ptr数量）；
- 内存分配：①若通过
make_shared初始化，控制块与shared_ptr管理的资源在同一块内存；②若通过new初始化（如shared_ptr<int> p(new int)），控制块与资源在不同内存。
3. malloc 与 new 的区别
| 对比维度 | malloc | new |
|---|
| 本质 | C 标准库函数 | C++ 运算符 |
| 返回类型 | 无类型指针（void*），需强转 | 有类型指针（如int*），无需强转 |
| 失败处理 | 返回nullptr | 抛bad_alloc异常 |
| 构造 / 析构 | 仅分配内存，不调用构造 / 析构 | 分配内存后调用构造，释放前调用析构 |
| 内存区域 | 堆（heap） | 自由存储区（取决于operator new实现，可是堆或静态区） |
补充：malloc 的内存分配策略
| 分配大小 | 系统调用方式 | 释放逻辑 |
|---|
| ≤128KB | brk()：移动堆顶指针分配内存 | 释放后缓存到 malloc 内存池，不归还系统 |
| ＞128KB | mmap()：文件映射区分配内存 | 释放后直接归还系统 |
为什么不全部用 mmap/brk？
- 不全部用 mmap：频繁
mmap会触发多次内核态 / 用户态切换，且每次分配的内存是「缺页状态」，首次访问会触发缺页中断，效率低；
- 不全部用 brk：频繁分配 / 释放小块内存会产生大量「内存碎片」，导致后续大内存无法分配。
4. 内存对齐
（1）定义
处理器要求「数据的起始地址必须是某个整数（如 4、8 字节）的倍数」，称为内存对齐。
（2）为什么需要对齐？
- 提高访问效率：CPU 以「字长」为单位访问内存（如 32 位 CPU 一次读 4 字节），未对齐数据需 2 次访问，对齐数据仅 1 次；
- 保证移植性：部分 CPU（如 ARM）不支持非对齐访问，强行访问会触发硬件异常。
5. 内存泄漏与避免
- 定义：动态分配的堆内存未释放（或无法释放），导致系统内存浪费；
- 避免方式：①用智能指针管理动态内存；②释放数组用
delete[]（匹配new[]）；③避免在堆上频繁分配小块内存；④用内存检测工具（如 Valgrind）。
三、容器与 STL
1. STL 核心组成
STL 是 C++ 标准库的核心，包含 6 大组件：
- 容器：存储数据（如
vector、list、map）；
- 算法：操作数据（如
sort、find）；
- 迭代器：连接容器与算法（如
vector<int>::iterator）；
- 空间配置器：管理容器的内存分配；
- 仿函数：重载
operator()的类，模拟函数行为（如less<int>）；
- 配接器：适配组件接口（如
stack基于deque实现）。
2. 常用容器底层与优缺点
| 容器 | 底层实现 | 优点 | 缺点 |
|---|
vector | 连续动态数组 | 支持下标随机访问（O (1)）；尾插 / 尾删高效（O (1)） | 非尾部插入 / 删除效率低（O (n)）；扩容有开销 |
list | 双向链表 | 任意位置插入 / 删除高效（O (1)）；无需扩容 | 不支持随机访问；遍历效率低（O (n)） |
map | 红黑树（有序） | 按键有序；插入 / 查找 / 删除效率稳定（O (logn)） | 空间占用高（红黑树维护平衡需额外节点） |
unordered_map | 哈希表（无序） | 平均插入 / 查找 / 删除效率高（O (1)） | 哈希碰撞时性能下降；无序 |
（1）vector 关键操作
（2）unordered_map 扩容
- 触发条件：元素数量达到「桶数 × 负载因子（默认 0.75）」；
- 扩容逻辑：桶数翻倍（可通过
max_load_factor调整负载因子），所有元素重新哈希到新桶。
3. 迭代器
（1）迭代器与指针的区别
| 对比维度 | 迭代器 | 指针 |
|---|
| 本质 | 模板类对象，重载*/->等运算符模拟指针 | 存储地址的变量，直接操作内存地址 |
| 适用范围 | 仅容器（如vector、list） | 可指向任意内存（变量、函数、数组） |
| 返回值 | 对象引用（如*it返回T&） | 地址对应的值（如*p返回T） |
（2）迭代器失效场景与解决
| 容器类型 | 失效场景 | 解决方式 |
|---|
vector | 1. erase后，删除位置及后续迭代器失效；2. push_back触发扩容后，所有迭代器失效 | 1. erase返回下一个有效迭代器（it = vec.erase(it)）；2. 提前用reserve预分配内存 |
list | 仅删除位置的迭代器失效，其他迭代器正常 | erase后更新迭代器（it = list.erase(it)） |
map/unordered_map | 仅删除位置的迭代器失效 | 同上，用erase返回值更新迭代器 |
四、函数与表达式
1. 函数三大核心概念（重载、重写、隐藏）
| 概念 | 作用域 | 函数名 / 参数 / 返回值要求 | 核心场景 |
|---|
| 重载（Overload） | 同一作用域 | 函数名相同，参数列表（个数 / 类型 / 顺序）不同，返回值无要求 | 同一类内的同名函数（如add(int, int)/add(double, double)） |
| 重写（Override） | 父子类 | 函数名 / 参数 / 返回值完全相同，父类函数为虚函数 | 多态（子类覆盖父类虚函数） |
| 隐藏（Hide） | 父子类 | 函数名相同，与参数 / 返回值无关（非虚函数） | 子类屏蔽父类同名非虚函数 |
2. 特殊函数与表达式
（1）内联函数
（2）lambda 表达式（匿名函数）
（3）回调函数
（4）四种强制类型转换
| 类型 | 用途 | 注意事项 |
|---|
static_cast | 1. 基本类型转换（如int→char）；2. 父子类指针 / 引用上行转换（子类→父类，安全） | 下行转换（父类→子类）无类型检查，不安全；不能去除const |
const_cast | 去除指针 / 引用的const属性（如const int*→int*） | 仅作用于指针 / 引用，不能直接修改const变量的值 |
reinterpret_cast | 强制转换指针 / 引用类型（如int*→char*）；整数与指针互转 | 仅拷贝比特位，风险极高（如访问越界），谨慎使用 |
dynamic_cast | 父子类指针 / 引用下行转换（父类→子类），运行时类型检查 | 1. 父类必须有虚函数（否则编译报错）；2. 转换失败时，指针返回nullptr，引用抛bad_cast异常 |
五、线程与进程
1. 进程与线程创建
| 类型 | Linux 创建方式 | Windows 创建方式 | 核心区别 |
|---|
| 进程 | fork()（复制父进程地址空间） | CreateProcess() | 进程有独立地址空间，线程共享进程地址空间 |
| 线程 | pthread_create()（POSIX 线程库） | CreateThread() | 线程切换开销远小于进程 |
2. 进程 / 线程通信方式
| 通信主体 | 方式 | 特点 |
|---|
| 进程间 | 1. 管道（匿名 / 命名）：半双工，仅父子进程 / 同血缘进程；2. 消息队列：有大小限制，需拷贝数据；3. 共享内存：无数据拷贝，效率最高（需配合信号量同步）；4. 信号：用于异常通知（如SIGINT是 Ctrl+C）；5. 套接字（Socket）：跨网络通信 | 共享内存效率最高，管道 / 消息队列易用性高 |
| 线程间 | 1. 互斥量（mutex）：保证同一时间仅一个线程访问共享资源；2. 条件变量（condition_variable）：线程间同步（如 “生产者 - 消费者”）；3. 信号量：计数器，控制并发访问数量 | 依赖进程共享内存，无需跨地址空间通信 |
3. 线程同步与死锁
（1）线程同步手段
- 原子操作（
atomic）：不可分割的操作（如atomic<int> cnt），底层通过 CPU 指令（如 X86 的LOCK前缀）保证线程安全，无需加锁；
- 互斥量（
mutex）：加锁（lock()）后仅一个线程进入临界区，解锁（unlock()）后释放；
- 条件变量：配合互斥量使用，实现线程间 “等待 - 唤醒”（如生产者唤醒消费者）；
- 读写锁（
shared_mutex）：读操作共享（多线程同时读），写操作互斥（仅一个线程写），适合 “读多写少” 场景。
（2）死锁
- 定义：多个线程互相等待对方持有的资源，无法推进（如线程 A 持锁 1 等锁 2，线程 B 持锁 2 等锁 1）；
- 四个必要条件：①互斥（资源仅一个线程可用）；②请求保持（持有资源时请求新资源）；③不可剥夺（资源不可强制抢占）；④环路等待（线程间形成等待环）；
- 解决方式：破坏任意一个条件（如按固定顺序加锁、超时释放锁、一次性申请所有资源）。
4. 线程安全相关
shared_ptr线程安全：引用计数的增减是原子操作（线程安全），但资源的读写不安全（需额外加锁保护资源）；- 线程状态：创建 → 就绪 → 运行 → 阻塞（如等待锁 / IO） → 死亡（函数执行完或异常退出）。
五、编译与链接
1. 程序运行四步骤
| 阶段 | 输入文件 | 输出文件 | 核心操作 |
|---|
| 预编译 | .cpp/.h | .i | 1. 展开头文件（如#include）；2. 替换宏（如#define）；3. 删除注释 |
| 编译 | .i | .s（汇编） | 1. 词法 / 语义分析；2. 语法检查；3. 生成汇编代码 |
| 汇编 | .s | .o（目标文件） | 将汇编指令转为机器码，生成符号表（存储函数 / 变量地址） |
| 链接 | .o + 库文件 | 可执行文件（.exe/.out） | 1. 合并目标文件；2. 解析符号表（将未定义符号绑定到库函数地址）；3. 分配内存地址 |
2. 静态链接与动态链接
| 对比维度 | 静态链接 | 动态链接（共享库） |
|---|
| 链接时机 | 编译阶段（生成可执行文件前） | 程序运行时 |
| 库代码存储 | 库代码拷贝到可执行文件中 | 仅存储库的调用接口，运行时加载库 |
| 文件大小 | 可执行文件大 | 可执行文件小 |
| 资源占用 | 多个程序复用库时，内存中有多份拷贝 | 所有程序共享一份库内存，节省资源 |
| 兼容性 | 库更新后需重新编译程序 | 库更新后无需重新编译（接口不变即可） |
3. extern "C"
- 作用：让 C++ 编译器按 C 语言规则编译指定代码（如函数名不做 “名字修饰”）；
- 场景：C++ 代码调用 C 语言库（如
#include "c_lib.h"时，用extern "C" { #include "c_lib.h" }避免 C++ 对 C 函数名的修饰导致链接失败）。
六、其他核心概念
1. 左值、右值与移动语义
（1）左值与右值
- 左值：可取地址、有名字的变量（如
int a = 5;中的a）；
- 右值：不可取地址、临时存在的变量（如
5、a+b、i++的返回值）；
- 关键判断：
++i是左值（返回i本身，可修改），i++是右值（返回临时变量，不可修改）；++i效率更高（无临时变量拷贝）。
（2）移动语义与完美转发
- 右值引用（
T&&）：绑定右值，用于实现移动语义（窃取右值的资源，避免拷贝）；
move()：本质是强制类型转换，将左值转为右值引用（如string s1 = "abc"; string s2 = move(s1);，s1资源被窃取，变为空字符串）；- 完美转发（
std::forward）：通过 “引用折叠”，保持参数的左 / 右值属性，传递给内部函数（如模板函数中func(std::forward<T>(args))）。
2. 哈希碰撞处理
- 开放定址法：碰撞后按一定规则（如线性探测、二次探测）寻找下一个空闲桶；
- 链地址法：每个桶存储一个链表，碰撞的元素加入链表（
unordered_map采用此方式）；
- 再哈希法：碰撞时用备用哈希函数重新计算地址；
- 公共溢出区：将碰撞元素统一存入 “溢出表”，基本表存储无碰撞元素。
3. Linux 信号（高频信号）
| 信号名 | 触发场景 | 默认动作 |
|---|
SIGINT | 用户按 Ctrl+C | 终止进程 |
SIGKILL | kill -9命令发送 | 强制终止进程（不可捕获 / 忽略） |
SIGSEGV | 非法内存访问（如空指针解引用） | 终止进程 + 生成 core 文件 |
SIGTERM | kill命令默认发送（如kill 进程号） | 终止进程（可捕获，用于清理资源） |
SIGCONT | 恢复暂停的进程（如fg命令） | 继续进程运行 |
