嵌入式开发工程师笔试面试指南-C语言

作者介绍

本人2023级双二硕士毕业生，先后在Momenta，大疆创新实习，校招面试过很多公司，经验丰富，获得过Momenta、科大讯飞、地平线等公司offer。擅长嵌入式软件开发，立志成为一名嵌入式开发工程师，最后通过自己的努力拿到大厂offer，以下是我的笔试面试总结，分享给大家，希望对大家有帮助。

C语言基础

1. int main(int argc, char * argv[ ])函数中，参数argc和argv分别代表什么意思？⭐⭐⭐⭐

argc和argv参数在用命令行编译程序时有用。main( int argc, char* argv[] ) 中

第一个参数，int型的argc，为整型，用来统计程序运行时发送给main函数的命令行参数的个数，在VS中默认值为1。

第二个参数，**char*型的argv[]，**为字符串数组，用来存放指向的字符串参数的指针数组，每一个元素指向一个参数。各成员含义如下：

argv[0]指向程序运行的全路径名

argv[1]指向在DOS命令行中执行程序名后的第一个字符串

argv[2]指向执行程序名后的第二个字符串

argv[3]指向执行程序名后的第三个字符串

2. 结构体和共用体的区别⭐⭐⭐⭐

共用体：

1.使用union 关键字

2.共用体内存长度是内部最长的数据类型的长度。

3.共用体的地址和内部各成员变量的地址都是同一个地址

结构体：

1.结构体内部的成员，大小等于最后一个成员的偏移量+最后一个成员大小+末尾的填充字节数。

2.结构体的偏移量：某一个成员的实际地址和结构体首地址之间的距离。

3.结构体字节对齐：每个成员相对于结构体首地址的偏移量都得是当前成员所占内存大小的整数倍，如果不是会在成员前面加填充字节。结构体的大小是内部最宽的成员的整数倍。

结构体struct和共用体union的区别在于：结构体struct的各个成员会占用不同的内存，互相之间没有影响；而共用体union的所有成员占用同一段内存，修改一个成员会影响其余所有成员。

结构体struct占用的内存大于等于所有成员占用的内存的总和（成员之间可能会存在缝隙），共用体union占用的内存等于最长的成员占用的内存。共用体union使用了内存覆盖技术，同一时刻只能保存一个成员的值，如果对新的成员赋值，就会把原来成员的值覆盖掉。

3. 简述C++有几种传值方式，之间的区别是什么？⭐⭐⭐⭐

C++中的传值方式一共有三种：分别是值传递、引用传递和指针传递

1.值传递：形参即使在函数体内发生改变，也不会影响实参的值

2.引用传递：形参在函数体内的值发生改变

3**.指针传递**：在指针指向没有发生改变的前提下，形参在函数体内值发生变化的时候，会影响实参的值

1.值传递用于对象时，整个对象会拷贝一个副本，效率很低；

2.引用传递用于对象时，不会发生拷贝行为，只绑定对象更安全、更高效；

3.指针传递与引用传递一样，但没有引用传递安全。

4. 全局变量和局部变量的区别⭐⭐⭐⭐

1. 作用域不同：全局变量的作用域为整个程序，而局部变量的作用域为当前函数或循环等

2. 内存存储方式不同：全局变量存储在全局数据区（data）中，局部变量存储在栈区（stack）

3. 生命期不同：全局变量的生命期和主程序一样，随程序的销毁而销毁，局部变量在函数内部或循环内部，随函数的退出或循环退出就不存在了

4. 使用方式不同：全局变量在声明后程序的各个部分都可以用到，但是局部变量只能在局部使用。函数内部会优先使用局部变量再使用全局变量。

5. 说说数组和指针的区别⭐⭐⭐⭐⭐

1. 概念：

（1）数组：数组是用于储存多个相同类型数据的集合。 数组名是首元素的地址。

（2）指针：指针相当于一个变量，但是它和普通变量不一样，它存放的是其它变量在内存中的地址。指针名指向了内存的首地址。

2.区别：

（1）赋值：同类型指针变量可以相互赋值；数组不行，只能一个一个元素的赋值或拷贝

（2）存储方式：

​ 2. 数组：数组在内存中是连续存放的，开辟一块连续的内存空间。数组是根据数组的下进行访问的，数组的存储空间，不是在静态区就是在栈上。

​ 指针：指针本身就是一个变量，作为局部变量时存储在栈上。

（3）求sizeof：

​ 数组所占存储空间的内存大小：sizeof（数组名）/sizeof（数据类型）

​ 在32位平台下，无论指针的类型是什么，sizeof（指针名）都是4，在64位平台下，无论指针的类型是什么，sizeof（指针名）都是8。

（4）初始化：

//数组
int a[5] = {0};
char b[]={"Hello"};//按字符串初始化，大小为6.
char c[]={'H','e','l','l','o','\0'};//按字符初始化
int* arr = new int[n];//创建一维数组

//指针
//指向对象的指针
int *p=new int(0) ;    
delete p;
//指向数组的指针
int *p=new int[n];    
delete[] p;
//指向类的指针：
class *p=new class;  
delete p;

6. 数组指针与指针数组的区别⭐⭐⭐⭐⭐

数组指针是一个指针变量，指向了一个一维数组， 如int (*p)[4]，(*p)[4]就成了一个二维数组，p也称行指针；指针数组是一个数组，只不过数组的元素存储的是指针变量, 如int *p[4]。

7.指针函数与函数指针的区别⭐⭐⭐⭐⭐

（1）定义不同

指针函数本质是一个函数，其返回值为指针。

函数指针本质是一个指针，其指向一个函数。

（2）写法不同

指针函数：int *fun(int x,int y);

函数指针：int (*fun)(int x,int y);

（3）用法不同

指针函数返回一个指针。

函数指针使用过程中指向一个函数。通常用于函数回调的应用场景

我们调用别人提供的 API函数(Application Programming Interface,应用程序编程接口)，称为Call；如果别人的库里面调用我们的函数，就叫Callback。

8. 请说说内存分布模型⭐⭐⭐⭐⭐

如上图，从低地址到高地址，一个程序由代码段、数据段、BSS段、堆栈段组成。

1.代码段：存放程序执行代码的一块内存区域。只读，不允许修改，代码段的头部还会包含一些只读的常量，如字符串常量字面值（注意：const变量虽然属于常量，但是本质还是变量，不存储于代码段）。

2.数据段data：存放程序中已初始化的全局变量和静态变量的一块内存区域。

3.BSS 段：存放程序中未初始化的全局变量和静态变量的一块内存区域。

4.可执行程序在运行时又会多出两个区域：堆区和栈区。

堆区：动态申请内存用。堆从低地址向高地址增长。

栈区：存储局部变量、函数参数值。栈从高地址向低地址增长。是一块连续的空间。

5.最后还有一个文件映射区（共享区），位于堆和栈之间。

9.堆和栈的区别⭐⭐⭐⭐⭐

1.堆栈空间分配不同。栈由操作系统自动分配释放 ，存放函数的参数值，局部变量的值等，栈有着很高的效率；堆一般由程序员分配释放，堆的效率比栈要低的多。

2.堆栈缓存方式不同。栈使用的是一级缓存， 它们通常都是被调用时处于存储空间中，调用完毕立即释放；堆则是存放在二级缓存中，速度要慢些。

3.空间大小： 栈的空间大小并不大，一般最多为2M，超过之后会报Overflow错误。堆的空间非常大，理论上可以接近3G。（针对32位程序来说，可以看到内存分布，1G用于内核空间，用户空间中栈、BSS、data又要占一部分，所以堆理论上可以接近3G，实际上在2G-3G之间）

4.能否产生碎片： 栈的操作与数据结构中的栈用法是类似的。‘后进先出’的原则，以至于不可能有一个空的内存块从栈被弹出。因为在它弹出之前，在它上面的后进栈的数据已经被弹出。它是严格按照栈的规则来执行。但是堆是通过new/malloc随机申请的空间，频繁的调用它们，则会产生大量的内存碎片。这是不可避免地。

10.请你说说野指针⭐⭐⭐⭐⭐

什么是野指针

野指针是指向位置随机的、不正确的指针，系统无法对其进行操作；

野指针的危害

野指针指向的位置是随机的， 危害也是随机的，不一定会产生错误。若程序产生错误，一般为内存泄露导致程序中断。严重的情况，若野指针指向的位置存放一个病毒，对其解引用后就会导致电脑中毒。

野指针产生的原因

1、创建指针时没有对指针进行初始化，导致指针指向一个随机的位置；

2、释放指针指向的内存后没有置空，从而指向垃圾内存；

3、在超越变量作用域下使用指针，如：在栈内存被释放之后，指向栈内存的指针会指向垃圾内存；

野指针的避免方法：

1、在创建指针时必须进行初始化；

2、在释放指针指向的内存之后必须将指针置空；

11.请你说说内存泄露⭐⭐⭐⭐⭐

简单地说就是申请了一块内存空间，使用完毕后没有释放掉。

（1）new和malloc申请资源使用后，没有用delete和free释放；

（2）子类继承父类时，父类析构函数不是虚函数。

（3）比如文件句柄、socket、自定义资源类没有使用对应的资源释放函数。

（4）shared_ptr共享指针成环，造成循环引用计数，资源得不到释放。

有以下几种避免方法：

第一：良好的编码习惯，使用了内存分配的函数，一旦使用完毕,要记得使用其相应的函数释放掉。

第二：将分配的内存的指针以链表的形式自行管理，使用完毕之后从链表中删除，程序结束时可检查改链表。

第三：使用智能指针。

第四：一些常见的工具插件可以帮助检测内存泄露，如ccmalloc、Dmalloc、Leaky、Valgrind等等。

12.在函数中申请堆内存需要注意什么？⭐⭐⭐⭐⭐

（1）不要错误地返回指向“栈内存”的指针，因为该内存在函数结束时自动消亡。即函数内申请的临时数组，不要指望能够拿到数组内的内容，因为函数执行完成后，数组消亡。

（2）不要返回了常量区的内存空间。因为常量字符串，存放在代码段的常量区，生命期内恒定不变，只读不可修改。不可修改拿到也没有什么意义。

（3）通过传入一级指针不能解决，因为函数内部的指针将指向新的内存地址。

解决办法：

（1）使用二级指针

（2）通过指针函数解决，返回用malloc新申请的堆内存空间的地址，这样才能拿到内存内容。

13. 请你说说内存碎片⭐⭐⭐⭐⭐

内存碎片通常分为内部碎片和外部碎片：

（1）内部碎片是由于采用固定大小的内存分区，当一个进程不能完全使用分给它的固定内存区域时就产生了内部碎片，通常内部碎片难以完全避免；

（2）外部碎片是由于某些未分配的连续内存区域太小，以至于不能满足任意进程的内存分配请求，从而不能被进程利用的内存区域。再比如堆内存的频繁申请释放，也容易产生外部碎片。

解决方法：

（1）段页式管理

（2）内存池

14. 请你说说malloc内存管理原理⭐⭐⭐⭐⭐

Malloc函数用于动态分配内存。为了减少内存碎片和系统调用的开销，malloc其采用内存池的方式,以此来减少内存碎片，先申请大块内存作为堆区，然后将堆区分为多个内存块，以块作为内存管理的基本单位。当用户申请内存时，直接从堆区分配一块合适的空闲块。Malloc采用隐式链表结构将堆区分成连续的、大小不一的块，包含已分配块和未分配块；同时malloc采用显示链表结构来管理所有的空闲块，即使用一个双向链表将空闲块连接起来，每一个空闲块记录了一个连续的、未分配的地址。

当进行内存分配时，Malloc会通过隐式链表遍历所有的空闲块，选择满足要求的块进行分配；当进行内存合并时，malloc采用边界标记法，根据每个块的前后块是否已经分配来决定 是否进行块合并。

当开辟的空间小于 128K 时，调用 brk（）函数；

当开辟的空间大于 128K 时，调用mmap（）。

15.什么是内存池⭐⭐⭐⭐⭐

内存池也是一种对象池，我们在使用内存对象之前，先申请分配一定数量的内存块留作备用。当有新的内存需求时，就从内存池中分出一部分内存块，若内存块不够再继续申请新的内存。当不需要此内存时，重新将此内存放入预分配的内存块中，以待下次利用。这样合理的分配回收内存使得内存分配效率得到提升。

16.说说new和malloc的区别，各自底层实现原理⭐⭐⭐⭐⭐

new的实现原理 简单类型时底层会调用malloc函数。

区别：

1 new是操作符，malloc是函数；

2 malloc()和free()申请释放内存是在堆上完成的，new和delete是在静态储存区完成的；

3 malloc()申请内存失败范围NULL 成功返回VOID类型的指针，而new成功返回对应类型的内存，失败会抛出异常；

4 malloc()可以指定内存大小，并且可以扩充内存而new办不到。

5 new在调用的时候先分配内存，在调用构造函数，释放的时候调用析构函数；而malloc没有构造函数和析构函数。

17 说说使用指针需要注意什么？⭐⭐⭐⭐⭐

1.定义指针时，先初始化为NULL。

2.用malloc申请内存之后，应该立即检查指针值是否为NULL。防止使用指针值为NULL的内存。在现行C++标准中，如C++11，使用new申请内存后不用判空，因为发生错误将抛出异常。

3.不要忘记为数组和动态内存赋初值。防止将未被初始化的内存作为右值使用。

4.避免数字或指针的下标越界，特别要当心发生“多1”或者“少1”操作

5.动态内存的申请与释放必须配对，防止内存泄漏

6.用free或delete释放了内存之后，立即将指针设置为NULL，防止“野指针”

18 初始化为0的全局变量在bss还是data⭐⭐⭐⭐⭐

BSS段通常是指用来存放程序中未初始化的或者初始化为0的全局变量和静态变量的一块内存区域。特点是可读写的，在程序执行之前BSS段会自动清0。

19 gcc编译器编译的完整流程，分别有什么作用？⭐⭐⭐⭐⭐

预处理、编译、汇编、链接。

预处理：头文件的展开/宏的替换/去掉注释/条件编译。

编译：检查语法，生成汇编。

汇编：汇编代码转换成机器码。

链接：链接到一起生成可执行文件。

20 static、const、volatile关键字有什么作用？⭐⭐⭐⭐⭐

static：限定作用，延长生命周期。

const：防止变量被修改。

volatile：防止编译器过度优化，告诉编译器，每次取值都去内存中取。volatile主要用于中断函数子程序访问的非自动变量、多线程共享的全局变量、并行设备的寄存器。

21 指针、数组和地址之间的关系是的什么？⭐⭐⭐⭐⭐

指针、数组和地址之间存在着紧密的关系，具体如下：

指针与地址：指针是一种变量，其值为另一个变量的地址。通过指针，能间接访问和操作存储在该地址中的数据。例如int p;定义了一个指向int类型的指针p，若p = &a;（a为int型变量），则p存储了a的地址，可通过p来访问a的值。

数组与地址：数组名在很多情况下可看作是一个指向数组首元素的常量指针，即数组在内存中是连续存储的，数组名代表了数组的首地址。如int arr[5];，arr就表示数组arr的首元素arr[0]的地址。

指针与数组：可利用指针来操作数组，通过指针的移动可以访问数组中的各个元素。如int p = arr;，此时p指向数组arr的首元素，p++可使指针指向下一个元素，等价于arr[1]的地址，可通过p获取对应元素的值。

22 void指针就是空指针吗？他有什么作用？⭐⭐⭐⭐⭐

void 指针不是空指针。void 指针是一种无类型指针，可以指向任何类型的数据，而空指针是不指向任何有效内存地址的指针，通常用NULL或nullptr表示。

void 指针的作用主要有：作为通用指针，可用于函数参数，使函数能接受不同类型数据的地址，增强函数通用性；用于动态内存分配函数malloc等，返回的就是 void 指针，可根据需要转换为其他类型指针；还能在实现数据结构时，作为节点数据域指针，以存储不同类型数据。

23 与内存息息相关的重要概念有哪些？（野指针、栈（stack）、堆（heap）、静态区）⭐⭐⭐⭐⭐

与内存息息相关的重要概念有野指针、栈（stack）、堆（heap）、静态区，具体如下：

野指针：是指向不确定或非法内存地址的指针。它可能是未初始化的指针，或指针所指向的内存已被释放后仍在使用的指针。使用野指针会导致程序出现不可预测的行为，如数据错误、程序崩溃等。

栈（stack）：是一种自动分配和释放内存的区域，由编译器自动管理。主要用于存储函数的参数、局部变量等。其特点是后进先出，内存分配和释放速度快，但空间大小有限。

堆（heap）：用于动态内存分配，由程序员手动申请和释放。可以在程序运行时根据需要动态地分配和释放内存空间，适合存储大小不确定的数据。但如果分配后不及时释放，可能会导致内存泄漏。

静态区：用于存储全局变量和静态变量，在程序编译时就分配好内存，程序结束时才释放。其内存空间在程序的整个生命周期内都存在，且只能初始化一次。