《C++面试宝典》V1.0 冲刺大厂~持续更新（3）

分享面试总结，涉及C++、算法、数据结构、操作系统、计算机网络、Linux、数据库、设计模式等，后面持续更新~

内容多为一问一答式，多数来自收集。整理总结，视频、书籍学习所得，如有错误请指出，万分感谢！！！

学习建议：针对八股文，不太了解的可以网上扩展，自己总结，拿来主义最好能消化成自己的。

※代表高频问题（参考）

# C++篇--- √3

41. ※c/c++的内存分配?详细说一下栈、堆、静态存储区？

1. 栈区（stack）：由编译器自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量的值等
其操作方式类似于数据结构中的栈。
2. 堆区（heap）：由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时可能由OS（操作系统）回收。注意它与数据结构中的堆是两回事，分配方式倒是类似于链表。
3. 全局区（静态区）（static）：全局变量和静态变量的存储是放在一块的，初始化的全局变量和静态变量在一块区域，未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。程序结束后由系统释放。
4. 文字常量区：常量字符串就是放在这里的。程序结束后由系统释放。
5. 程序代码区：存放函数体的二进制代码。
详细见：操作系统中程序的内存结构说明：https://blog.csdn.net/qq_21197471/article/details/107628182

42. ※堆与栈的区别？

1) 管理方式：对于栈来讲，是由编译器自动管理，无需我们手工控制；对于堆来说，释放工作由程序员控制，容易产生memory leak。
2) 空间大小：一般来讲在32位系统下，堆内存可以达到4G的空间，从这个角度来看堆内存几乎是没有什么限制的。但是对于栈来讲，一般都是有一定的空间大小的，例如，在VC6下面，默认的栈空间大小是1M（好像是，记不清楚了）。当然，我们可以修改：打开工程，依次操作菜单如下：Project->Setting->Link，在Category中选中Output，然后在Reserve中设定堆栈的最大值和commit。注意：reserve最小值为4Byte；commit是保留在虚拟内存的页文件里面，它设置的较大会使栈开辟较大的值，可能增加内存的开销和启动时间。
3) 碎片问题：对于堆来讲，频繁的new/delete势必会造成内存空间的不连续，从而造成大量的碎片，使程序效率降低。对于栈来讲，则不会存在这个问题，因为栈是先进后出的队列，他们是如此的一一对应，以至于永远都不可能有一个内存块从栈中间弹出，在他弹出之前，在他上面的后进的栈内容已经被弹出，详细的可以参考数据结构，这里我们就不再一一讨论了。
4) 生长方向：对于堆来讲，生长方向是向上的，也就是向着内存地址增加的方向；对于栈来讲，它的生长方向是向下的，是向着内存地址减小的方向增长。
5) 分配方式：堆都是动态分配的，没有静态分配的堆。栈有2种分配方式：静态分配和动态分配。静态分配是编译器完成的，比如局部变量的分配。动态分配由alloca函数进行分配，但是栈的动态分配和堆是不同的，它的动态分配是由编译器进行释放，无需我们手工实现。
6) 分配效率：栈是机器系统提供的数据结构，计算机会在底层对栈提供支持：分配专门的寄存器存放栈的地址，压栈出栈都有专门的指令执行，这就决定了栈的效率比较高。堆则是C/C++函数库提供的，它的机制是很复杂的，例如为了分配一块内存，库函数会按照一定的算法（具体的算法可以参考数据结构/操作系统）在堆内存中搜索可用的足够大小的空间，如果没有足够大小的空间（可能是由于内存碎片太多），就有可能调用系统功能去增加程序数据段的内存空间，这样就有机会分到足够大小的内存，然后进行返回。显然，堆的效率比栈要低得多。

43. 野指针是什么？如何检测内存泄漏？

1) 野指针：指向内存被释放的内存或者没有访问权限的内存的指针。
2) “野指针”的成因主要有3种：
① 指针变量没有被初始化。任何指针变量刚被创建时不会自动成为NULL指针，它的缺省值是随机的，它会乱指一气。所以，指针变量在创建的同时应当被初始化，要么将指针设置为NULL，要么让它指向合法的内存。例如
char *p = NULL;
char *str = new char(100);
② 指针p被free或者delete之后，没有置为NULL；
③ 指针操作超越了变量的作用范围。
3) 如何避免野指针：
a)对指针进行初始化
① 将指针初始化为NULL。
char * p = NULL;
②用malloc分配内存
char * p = (char * )malloc(sizeof(char));
③用已有合法的可访问的内存地址对指针初始化
char num[ 30] = {0};
char *p = num;
b)指针用完后释放内存，将指针赋NULL。
delete( p );
p = NULL;

44. 悬空指针和野指针有什么区别？

1) 野指针：野指针指，访问一个已删除或访问受限的内存区域的指针，野指针不能判断是否为NULL来避免。指针没有初始化，释放后没有置空，越界。
2) 悬空指针：一个指针的指向对象已被删除，那么就成了悬空指针。野指针是那些未初始化的指针。

45. ※介绍下内存泄漏？

1) 内存泄漏:
内存泄漏是指由于疏忽或错误造成了程序未能释放掉不再使用的内存的情况。内存泄漏并非指内存在物理上消失，而是应用程序分配某段内存后，由于设计错误，失去了对该段内存的控制；
2) 后果:
只发生一次小的内存泄漏可能不被注意，但泄漏大量内存的程序将会出现各种证照：性能下降到内存逐渐用完，导致另一个程序失败；
3) 如何排除:
使用工具软件BoundsChecker，BoundsChecker是一个运行时错误检测工具，它主要定位程序运行时期发生的各种错误；
调试运行DEBUG版程序，运用以下技术：CRT(C run-time libraries)、运行时函数调用堆栈、内存泄漏时提示的内存分配序号(集成开发环境OUTPUT窗口)，综合分析内存泄漏的原因，排除内存泄漏。
4) 解决方法:智能指针。
5) 检查、定位内存泄漏:
检查方法：在main函数最后面一行，加上一句_CrtDumpMemoryLeaks()。调试程序，自然关闭程序让其退出，查看输出：
输出这样的格式{453}normal block at 0x02432CA8,868 bytes long
被{}包围的453就是我们需要的内存泄漏定位值，868 bytes long就是说这个地方有868比特内存没有释放。
定位代码位置
在main函数第一行加上_CrtSetBreakAlloc(453);意思就是在申请453这块内存的位置中断。然后调试程序，程序中断了，查看调用堆栈。加上头文件#include <crtdbg.h>

46. ※new和malloc的区别？

1、 new/delete是C++关键字，需要编译器支持。malloc/free是库函数，需要头文件支持；
2、使用new操作符申请内存分配时无须指定内存块的大小，编译器会根据类型信息自行计算。而malloc则需要显式地指出所需内存的尺寸。
3、 new操作符内存分配成功时，返回的是对象类型的指针，类型严格与对象匹配，无须进行类型转换，故new是符合类型安全性的操作符。而malloc内存分配成功则是返回void * ，需要通过强制类型转换将void*指针转换成我们需要的类型。
4、 new内存分配失败时，会抛出bac_alloc异常。malloc分配内存失败时返回NULL。
5、 new会先调用operator new函数，申请足够的内存（通常底层使用malloc实现）。然后调用类型的构造函数，初始化成员变量，最后返回自定义类型指针。delete先调用析构函数，然后调用operator delete函数释放内存（通常底层使用free实现）。malloc/free是库函数，只能动态的申请和释放内存，无法强制要求其做自定义类型对象构造和析构工作。

请网上自行查阅扩展！

47. delete p与delete[]p区别？

1、动态数组管理new一个数组时，[]中必须是一个整数，但是不一定是常量整数，普通数组必须是一个常量整数；
2、 new动态数组返回的并不是数组类型，而是一个元素类型的指针；
3、 delete[]时，数组中的元素按逆序的顺序进行销毁；
4、 new在内存分配上面有一些局限性，new的机制是将内存分配和对象构造组合在一起，同样的，delete也是将对象析构和内存释放组合在一起的。allocator将这两部分分开进行，allocator申请一部分内存，不进行初始化对象，只有当需要的时候才进行初始化操作。

48. new和delete的实现原理，delete是如何知道释放内存大小？

1、 new简单类型直接调用operator new分配内存；而对于复杂结构，先调用operator new分配内存，然后在分配的内存上调用构造函数；对于简单类型，new[]计算好大小后调用operator new；对于复杂数据结构，new[]先调用operator new[]分配内存，然后在p的前四个字节写入数组大小n，然后调用n次构造函数，针对复杂类型，new[]会额外存储数组大小；
① new表达式调用一个名为operator new(operator new[])函数，分配一块足够大的、原始的、未命名的内存空间；
② 编译器运行相应的构造函数以构造这些对象，并为其传入初始值；
③ 对象被分配了空间并构造完成，返回一个指向该对象的指针。
2、 delete简单数据类型默认只是调用free函数；复杂数据类型先调用析构函数再调用operator delete；针对简单类型，delete和delete[]等同。假设指针p指向new[]分配的内存。因为要4字节存储数组大小，实际分配的内存地址为[p-4]，系统记录的也是这个地址。delete[]实际释放的就是p-4指向的内存。而delete会直接释放p指向的内存，这个内存根本没有被系统记录，所以会崩溃。
3、需要在new []一个对象数组时，需要保存数组的维度，C++的做法是在分配数组空间时多分配了4个字节的大小，专门保存数组的大小，在delete []时就可以取出这个保存的数，就知道了需要调用析构函数多少次了。

49. malloc申请的存储空间能用delete释放吗？

不能，malloc/free主要为了兼容C，new和delete完全可以取代malloc/free的。malloc/free的操作对象都是必须明确大小的，而且不能用在动态类上。new和delete会自动进行类型检查和大小，malloc/free不能执行构造函数与析构函数，所以动态对象它是不行的。当然从理论上说使用malloc申请的内存是可以通过delete释放的。不过一般不这样写的。而且也不能保证每个C++的运行时都能正常。

50. malloc与free的实现原理？

1、在标准C库中，提供了malloc/free函数分配释放内存，这两个函数底层是由brk、mmap、munmap这些系统调用实现的；
2、 brk是将数据段(.data)的最高地址指针_edata往高地址推,mmap是在进程的虚拟地址空间中（堆和栈中间，称为文件映射区域的地方）找一块空闲的虚拟内存。这两种方式分配的都是虚拟内存，没有分配物理内存。在第一次访问已分配的虚拟地址空间的时候，发生缺页中断，操作系统负责分配物理内存，然后建立虚拟内存和物理内存之间的映射关系；
3、 malloc小于128k的内存，使用brk分配内存，将_edata往高地址推；malloc大于128k的内存，使用mmap分配内存，在堆和栈之间找一块空闲内存分配；brk分配的内存需要等到高地址内存释放以后才能释放，而mmap分配的内存可以单独释放。当最高地址空间的空闲内存超过128K（可由M_TRIM_THRESHOLD选项调节）时，执行内存紧缩操作（trim）。在上一个步骤free的时候，发现最高地址空闲内存超过128K，于是内存紧缩；
4、 malloc是从堆里面申请内存，也就是说函数返回的指针是指向堆里面的一块内存。操作系统中有一个记录空闲内存地址的链表。当操作系统收到程序的申请时，就会遍历该链表，然后就寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点，然后就将该结点从空闲结点链表中删除，并将该结点的空间分配给程序。

51. malloc、realloc、calloc的区别？

1) malloc函数
void* malloc(unsigned int num_size);
int * p = malloc(20*sizeof(int));申请20个int类型的空间；
2) calloc函数
void* calloc(size_t n,size_t size);
int * p = calloc(20, sizeof(int));
省去人为空间计算；
malloc申请的空间的值是随机初始化的，calloc申请的空间的值是初始化为0的；
3) realloc函数
void realloc(void *p, size_t new_size);
给动态分配的空间分配额外的空间，用于扩充容量。

52. ※使用智能指针管理内存资源，RAII了解吗？

1) RAII全称是“Resource Acquisition is Initialization”，直译过来是“资源获取即初始化”，也就是说在构造函数中申请分配资源，在析构函数中释放资源。因为C++的语言机制保证了，当一个对象创建的时候，自动调用构造函数，当对象超出作用域的时候会自动调用析构函数。所以，在RAII的指导下，我们应该使用类来管理资源，将资源和对象的生命周期绑定。
2) 智能指针（std::shared_ptr和std::unique_ptr）即RAII最具代表的实现，使用智能指针，可以实现自动的内存管理，再也不需要担心忘记delete造成的内存泄漏。毫不夸张的来讲，有了智能指针，代码中几乎不需要再出现delete了。

53. ※手撕实现智能指针类？

1) 智能指针是一个数据类型，一般用模板实现，模拟指针行为的同时还提供自动垃圾回收机制。它会自动记录SmartPointer<T*>对象的引用计数，一旦T类型对象的引用计数为0，就释放该对象。除了指针对象外，我们还需要一个引用计数的指针设定对象的值，并将引用计数计为1，需要一个构造函数。新增对象还需要一个构造函数，析构函数负责引用计数减少和释放内存。通过覆写赋值运算符，才能将一个旧的智能指针赋值给另一个指针，同时旧的引用计数减1，新的引用计数加1。
2) 一个构造函数、拷贝构造函数、复制构造函数、析构函数、移动函数。
扩展：请手撕智能指针!

54. 内存对齐？位域？

1.分配内存的顺序是按照声明的顺序。
2.每个变量相对于起始位置的偏移量必须是该变量类型大小的整数倍，不是整数倍空出内存，直到偏移量是整数倍为止。
3.最后整个结构体的大小必须是里面变量类型最大值的整数倍。

如何设置对齐？
添加#pragma pack(n)规则：
1.偏移量要是n和当前变量大小中较小值的整数倍。
2.整体大小要是n和最大变量大小中较小值的整数倍。
3.n值必须为1,2,4,8…，为其他值时就按照默认的分配规则。

55. 为什么要内存对齐？

一、 平台原因(移植原因)：
1) 不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据的。
2) 某些硬件平台只能在某些地址处，取某些特定类型的数据，否则抛出硬件异常。

二、性能原因：
1) 数据结构(尤其是栈)应该尽可能地在自然边界上对齐。
2) 原因在于，为了访问未对齐的内存，处理器需要作两次内存访问；而对齐的内存访问仅需一次访问。

56. 函数调用过程栈的变化，返回值和参数变量哪个先入栈？

1.调用者函数把被调函数所需要的参数按照与被调函数的形参顺序相反的顺序压入栈中，即：从右向左依次把被调函数所需要的参数压入栈；
2.调用者函数使用call指令调用被调函数，并把call指令的下一条指令的地址当成返回地址压入栈中(这个压栈操作隐含在call指令中)；
3.在被调函数中，被调函数会先保存调用者函数的栈底地址(push ebp)，然后再保存调用者函数的栈顶地址，即：当前被调函数的栈底地址(mov ebp,esp)；
4.在被调函数中，从ebp的位置处开始存放被调函数中的局部变量和临时变量，并且这些变量的地址按照定义时的顺序依次减小，即：这些变量的地址是按照栈的延伸方向排列的，先定义的变量先入栈，后定义的变量后入栈。

57. 怎样判断两个浮点数是否相等？

对两个浮点数判断大小和是否相等不能直接用==来判断（精度问题），会出错！明明相等的两个数比较反而是不相等！对于两个浮点数比较只能通过相减并与预先设定的精度比较，记得要取绝对值！浮点数与0的比较也应该注意，与浮点数的表示方式有关。

58. 宏定义一个取两个数中较大值的功能？

eg：#define MAX（x,y）((x>y?)x:y)
扩展：手撕+深入理解！

59. define、const、typedef、inline区别？

一、 const与#define的区别：
1) const定义的常量是变量带类型，而#define定义的只是个常数不带类型；
2) define只在预处理阶段起作用，简单的文本替换，而const在编译、链接过程中起作用；
3) define只是简单的字符串替换没有类型检查。而const是有数据类型的，是要进行判断的，可以避免一些低级错误；
4) define预处理后，占用代码段空间，const占用数据段空间；
5) const不能重定义，而define可以通过#undef取消某个符号的定义，进行重定义；
6) define独特功能，比如可以用来防止文件重复引用。

二、 #define和别名typedef的区别
1) 执行时间不同，typedef在编译阶段有效，typedef有类型检查的功能；#define是宏定义，发生在预处理阶段，不进行类型检查；
2) 功能差异，typedef用来定义类型的别名，定义与平台无关的数据类型，与struct的结合使用等。#define不只是可以为类型取别名，还可以定义常量、变量、编译开关等；
3) 作用域不同，#define没有作用域的限制，只要是之前预定义过的宏，在以后的程序中都可以使用。而typedef有自己的作用域。

三、 #define与inline的区别
1) #define是关键字，inline是函数；
2) 宏定义在预处理阶段进行文本替换，inline函数在编译阶段进行替换；
3) inline函数有类型检查，相比宏定义比较安全。