08-12 22:25 电子科技大学安全工程师发布于四川

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面试真题 | 地平线[20240812]

1.手写链表成环（快慢指针）

以下是如何用C和C++分别实现链表成环的代码示例。

C语言实现

在C语言中，首先需要定义一个链表节点的结构体，然后实现一个函数来在链表的尾部与指定的节点之间建立环。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

// 链表节点定义
typedef struct ListNode {
    int val;
    struct ListNode *next;
} ListNode;

// 创建一个新的链表节点
ListNode* createNode(int val) {
    ListNode* newNode = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
    if (newNode == NULL) {
        return NULL;
    }
    newNode->val = val;
    newNode->next = NULL;
    return newNode;
}

// 在链表尾部与指定节点之间建立环
void makeLoop(ListNode *head, ListNode *toConnect) {
    if (head == NULL || toConnect == NULL || head == toConnect) {
        // 边界情况处理，例如链表为空，或者指定节点就是头节点
        return;
    }

    ListNode *current = head;
    while (current->next != NULL) {
        current = current->next;
        // 防止环已经存在
        if (current == toConnect) {
            return;
        }
    }
    // 链表尾部连接到指定节点
    current->next = toConnect;
}

// 示例用法
int main() {
    // 创建链表 1 -> 2 -> 3 -> 4
    ListNode *head = createNode(1);
    head->next = createNode(2);
    head->next->next = createNode(3);
    head->next->next->next = createNode(4);

    // 在节点3和节点1之间建立环
    makeLoop(head, head->next->next);

    // 这里通常应该添加代码来遍历链表并打印，检查环是否成功建立
    // ...

    return 0;
}

C++实现

C++的实现与C类似，但可以使用C++的特性如new操作符来分配内存，并且可以使用STL容器作为参考，但在这个场景下我们仍然手动实现链表。

#include <iostream>

struct ListNode {
    int val;
    ListNode *next;
    ListNode(int x) : val(x), next(nullptr) {}
};

void makeLoop(ListNode* head, ListNode* toConnect) {
    if (!head || !toConnect || head == toConnect) {
        return;
    }

    ListNode* current = head;
    while (current->next != nullptr) {
        current = current->next;
        if (current == toConnect) {
            return; // 环已存在
        }
    }
    current->next = toConnect;
}

int main() {
    // 创建链表 1 -> 2 -> 3 -> 4
    ListNode* head = new ListNode(1);
    head->next = new ListNode(2);
    head->next->next = new ListNode(3);
    head->next->next->next = new ListNode(4);

    // 在节点3和节点1之间建立环
    makeLoop(head, head->next->next);

    // 示例：遍历链表并检查环（这里省略了详细实现）
    // ...

    // 释放内存（在真实应用中不要忘记释放分配的内存）
    // ...

    return 0;
}

注意，在真实的应用中，你可能还需要添加额外的代码来检查环的存在、遍历链表打印值、以及释放分配的内存等。

2.c++11新特性的提问

C++11作为C++语言的一个重要标准，引入了许多新特性和改进，极大地增强了C++的表达能力、灵活性和编程效率。以下是C++11的一些主要新特性：

1. 自动类型推导（Type Inference）

特性描述：引入了auto关键字，可以根据初始化表达式自动推导变量的类型。
优势：使代码更加简洁，减少类型错误，提高开发效率。

2. 统一的初始化语法（Uniform Initialization）

特性描述：可以使用花括号{}初始化对象，无论是基本类型、数组、类对象还是容器。
优势：提供了更加统一和安全的初始化方式，避免了一些潜在的初始化错误。

3. 右值引用（Rvalue References）

特性描述：引入了&&符号，允许绑定到临时对象（右值），支持移动语义和完美转发。
优势：通过右值引用和移动构造函数，实现了资源的高效转移，避免不必要的拷贝操作，提高了程序性能。

4. 移动语义（Move Semantics）

特性描述：通过右值引用和移动构造函数，实现了资源的高效转移。
优势：减少了深拷贝的开销，提高了资源利用效率。

5. Lambda 表达式

特性描述：可以在代码中定义匿名函数，简化函数对象的创建和使用。
优势：使代码更加简洁、灵活，支持就地定义和使用函数，提高了编程效率。

6. 范围-based for 循环（Range-based for loop）

特性描述：用于遍历容器中的元素，提供了一种更简洁、安全的遍历方式。
优势：避免了迭代器或下标可能引入的错误，使代码更加易于编写和理解。

7. nullptr

特性描述：引入了nullptr关键字，代表空指针，替代了传统的NULL宏。
优势：nullptr具有更强的类型安全性，可以避免一些类型转换错误。

8. 强类型枚举（Strongly Typed Enums）

特性描述：枚举类型具有更强的类型检查和作用域，可以指定底层数据类型。
优势：提高了代码的类型安全性和可读性，避免了命名冲突。

9. 类型别名（Type Aliases）

特性描述：可以使用using关键字定义类型别名，提高代码可读性和可维护性。
优势：使代码更加简洁，易于理解和维护。

10. 线程支持库（Thread Support Library）

特性描述：引入了多线程编程的支持，包括线程、互斥锁、条件变量等。
优势：使C++支持多线程编程，提高了程序的并行处理能力和性能。

11. 标准库的增强

特性描述：包括智能指针（如std::unique_ptr、std::shared_ptr、std::weak_ptr）、正则表达式库、新的容器类型（如unordered_map、array）、std::function等。
优势：丰富了C++标准库的功能，提供了更加灵活和强大的编程工具。

12. 右值引用和模板完美转发

特性描述：通过std::forward实现模板函数参数的完美转发，避免了额外的拷贝构造函数调用。
优势：提高了模板编程的灵活性和效率，减少了不必要的拷贝操作。

下是一些关于C++11新特性的提问及其详细答案：

提问1：

问题：请解释一下C++11中的auto关键字是如何工作的，并给出一个在嵌入式编程中可能使用的场景。**

答案： auto关键字在C++11中被引入用于自动类型推导。编译器会根据auto声明的变量的初始化表达式来自动推断变量的类型。这使得代码更加简洁，尤其是在处理复杂类型或模板编程时。

嵌入式编程中的使用场景：在嵌入式系统中，经常需要处理硬件寄存器或复杂的结构体。如果这些类型非常复杂或难以记忆，使用auto可以简化代码。例如，假设有一个函数返回一个指向特定硬件寄存器映射的指针，该指针的类型可能很长且难以记住。使用auto可以自动推导类型，使代码更加清晰。

auto regPtr = getHardwareRegisterPointer(); // 假设这个函数返回一个指向硬件寄存器的指针
// 现在可以使用regPtr来访问寄存器，而无需显式知道其类型

提问2：

问题：C++11中的右值引用和移动语义是如何工作的？在嵌入式编程中，它们能带来什么好处？

答案：右值引用（通过&&表示）允许我们绑定到临时对象（右值），这是C++11之前不允许的。移动语义则允许我们将资源（如动态分配的内存、文件句柄等）从一个对象“移动”到另一个对象，而不是复制它们。这通常通过移动构造函数和移动赋值操作符实现。

嵌入式编程中的好处：

性能提升：在嵌入式系统中，资源（如内存和处理能力）通常非常有限。通过避免不必要的拷贝操作，移动语义可以显著提高性能。
资源管理：在嵌入式编程中，资源管理至关重要。移动语义允许我们更高效地管理资源，如动态分配的内存，减少内存泄漏的风险。

提问3：

问题：请描述一下C++11中的范围-based for循环，并给出一个在遍历嵌入式设备上的传感器数据数组时的示例。

答案：范围-based for循环是C++11中引入的一种简化遍历容器（如数组、std::vector等）中所有元素的语法。它使代码更加简洁、易于阅读。

示例：假设我们有一个嵌入式设备，它收集了一系列传感器数据并存储在数组中。我们可以使用范围-based for循环来遍历这个数组并处理每个数据点。

#include <iostream>

int main() {
    // 假设这是从嵌入式设备获取的传感器数据数组
    int sensorData[] = {10, 20, 30, 40, 50};
    int numSensors = sizeof(sensorData) / sizeof(sensorData[0]);

    // 使用范围-based for循环遍历传感器数据
    for (int data : sensorData) {
        std::cout << "Sensor data: " << data << std::endl;
    }

    // 注意：上面的代码没有处理numSensors变量，因为范围-based for循环自动处理数组的大小。
    // 如果需要索引，则可能需要使用传统的for循环或迭代器。

    return 0;
}

提问4：

问题：在嵌入式编程中，为什么使用nullptr比使用NULL宏更好？

答案：在C++11之前，NULL宏通常被定义为(void*)0或简单的0，这可能导致类型不匹配的问题，尤其是在模板编程中。nullptr是C++11中引入的一个关键字，它表示空指针，具有更强的类型安全性。

在嵌入式编程中的优势：

类型安全：nullptr的类型是std::nullptr_t，可以隐式转换为任何原始指针类型，但不会自动转换为整数类型，这有助于避免类型混淆和潜在的错误。
可读性：nullptr的语义更清晰，它明确表示这是一个空指针，而不是整数0或其他可能的值。
与C++11的其他特性兼容：在使用C++11的其他新特性（如智能指针）时，nullptr提供了更好的兼容性和一致性。

3.项目多线程方面如何处理

在嵌入式系统中，多线程处理是提升系统性能和响应速度的关键技术之一。当面试官询问我关于项目中多线程处理的方法时，可以从下几个方面进行详细阐述：

一定要有框架，有要点。

1. 项目背景与需求分析

首先，我会简要介绍项目的背景，比如是一个基于ARM Cortex-M系列微控制器的实时监控系统，该系统需要同时处理多个任务，包括数据采集、数据处理、用户界面更新以及网络通信等。由于这些任务对实时性和资源利用率的要求较高，因此决定采用多线程技术来实现。

2. 线程划分与优先级设置

接下来，我会详细说明项目中线程的划分策略。根据任务的性质和优先级，我们将系统划分为以下几个线程：

数据采集线程：负责从传感器等外设读取数据，具有最高的优先级，以确保数据的实时性。
数据处理线程：对采集到的数据进行处理和分析，优先级次之，但也需要保证一定的处理速度。
UI更新线程：负责更新用户界面的显示内容，优先级适中，以保证用户界面的流畅性。
网络通信线程：负责与其他设备或服务器进行通信，优先级相对较低，但也需要保证通信的可靠性和及时性。

3. 线程同步与互斥机制

在多线程环境中，为了防止数据竞争和条件竞争，我们采用了互斥锁（mutex）和信号量（semaphore）等同步机制。例如：

互斥锁：在访问共享资源（如全局变量、数据结构等）时，我们使用互斥锁来确保同一时刻只有一个线程可以访问该资源。这避免了数据被多个线程同时修改而导致的错误。
信号量：在需要控制多个线程对有限资源的访问时，我们使用信号量来限制同时访问资源的线程数量。例如，在网络通信线程中，我们使用信号量来限制同时发送的数据包数量，以避免网络拥塞。

4. 线程通信与数据交换

线程之间需要进行有效的通信以协调各自的工作。我们采用了消息队列作为线程间的通信方式。每个线程都可以向消息队列中发送消息，并可以从队列中接收消息。这种方式既保证了线程间的独立性，又实现了线程间的数据交换和同步。

5. 性能优化与调试

在项目实施过程中，我们还对多线程性能进行了优化。例如，通过调整线程优先级、优化线程间的数据交换方式、减少不必要的锁竞争等措施来提高系统的整体性能。同时，我们还利用调试工具对多线程代码进行了详细的调试和测试，以确保系统的稳定性和可靠性。

6. 案例分析

为了更具体地说明上述策略的应用效果，我可以举一个实际案例。比如，在数据采集线程中，我们遇到了由于传感器响应速度不一致而导致的数据丢失问题。通过引入互斥锁和优先级调整策略，我们成功解决了这个问题，并确保了数据的完整性和实时性。

综上所述，通过合理的线程划分、优先级设置、同步与互斥机制、线程通信以及性能优化等措施，我们在项目中成功地实现了多线程处理，并显著提升了系统的性能和响应速度。

4.对opencv的了解程度，视觉方面的

在嵌入式面试中，关于OpenCV（Open Source Computer Vision Library）的问题通常会围绕其在嵌入式系统中的应用、性能优化、特定功能实现以及与其他硬件或软件的集成等方面展开。

问题1：

问题：在嵌入式系统中使用OpenCV时，如何优化图像处理算法以提高性能？

答案：在嵌入式系统中优化OpenCV的图像处理算法以提高性能，可以从以下几个方面入手：

选择合适的算法和数据结构：根据嵌入式系统的资源限制（如CPU速度、内存大小等），选择计算复杂度较低的算法和数据结构。例如，在需要实时处理的应用中，避免使用过于复杂的图像特征提取算法。
优化图像分辨率和色彩空间：降低图像的分辨率或使用更简单的色彩空间（如灰度图）可以显著减少处理时间。根据应用需求，合理设置图像预处理步骤。
利用硬件加速：许多现代嵌入式处理器（如ARM Cortex-A系列、NVIDIA Jetson系列等）都支持GPU加速或专门的图像处理单元（IPU）。通过OpenCV的GPU模块或利用硬件制造商提供的优化库（如NVIDIA的CUDA、Intel的OpenCL等），可以将图像处理任务卸载到这些硬件加速器上，从而大幅提升性能。
多线程或多核处理：利用嵌入式处理器的多核特性，通过OpenCV的并行处理功能（如使用cv::parallel_for_）或手动管理线程，将图像处理任务分配到不同的核心上执行，以提高整体处理速度。
内存管理：在嵌入式系统中，内存资源往往非常有限。因此，需要仔细管理内存使用，避免内存泄漏，并尽可能重用已分配的内存。此外，还可以使用内存池等技术来减少内存分配和释放的开销。

问题2：

问题：OpenCV在嵌入式系统中如何实现视频流的实时捕获与处理？

答案：在嵌入式系统中实现视频流的实时捕获与处理，通常涉及以下几个步骤：

视频捕获：使用OpenCV的VideoCapture类从摄像头或其他视频源捕获视频流。在嵌入式系统中，可能需要配置摄像头驱动和相应的接口（如V4L2在Linux上）。
帧读取：通过VideoCapture对象的read()方法逐帧读取视频流。这个方法返回一个布尔值（表示是否成功读取帧）和一个Mat对象（包含图像数据）。
图像处理：对读取到的每一帧图像进行必要的处理，如滤波、边缘检测、特征提取等。这些处理操作可以通过OpenCV提供的各种图像处理函数来实现。
显示或存储：处理后的图像可以通过OpenCV的imshow()函数在屏幕上显示，或者通过文件I/O函数保存到存储设备中。在嵌入式系统中，由于资源限制，可能更倾向于将处理结果发送到远程服务器或通过网络接口进行显示。
实时性保证：为了确保视频处理的实时性，需要合理控制处理时间，避免单帧处理时间过长导致视频流卡顿。这可以通过优化算法、减少处理复杂度、利用硬件加速等方式来实现。
错误处理与恢复：在视频捕获和处理过程中，可能会遇到各种错误（如摄像头断开、内存不足等）。因此，需要实现相应的错误处理机制，以便在发生错误时能够及时恢复或通知用户。

问题3：

问题：在嵌入式系统中，如何集成OpenCV与硬件加速模块（如GPU）以提高图像处理性能？

答案：在嵌入式系统中集成OpenCV与硬件加速模块（如GPU）以提高图像处理性能，通常涉及以下几个步骤：

硬件选择与配置：首先，需要选择支持硬件加速的嵌入式处理器和相应的GPU或IPU。然后，根据硬件规格配置系统环境，包括安装必要的驱动程序和库文件。
OpenCV配置：在编译OpenCV时，需要启用对硬件加速的支持。这通常涉及到在CMake配置过程中设置相应的选项（如WITH_CUDA、WITH_OPENCL等），以便在编译时包含相应的硬件加速模块。
代码编写与测试：在编写图像处理代码时，使用OpenCV提供的硬件加速API（如CUDA、OpenCL等）来编写加速代码。然后，在嵌入式系统上测试这些代码，以确保它们能够正确运行并达到预期的加速效果。
性能调优：根据测试结果对代码进行性能调优。这可能包括优化算法参数、调整线程分配、减少内存访问冲突等。同时，还需要关注硬件加速模块的使用效率，确保它们能够充分发挥其性能优势。
集成与部署：将优化后的代码集成到嵌入式系统的应用程序中，并进行全面的测试以确保系统的稳定性和可靠性。然后，将应用程序部署到目标嵌入式设备上，并进行现场测试以验证