C++常见重要问题

1. 概念

1.1. C++与C的区别

C是面向过程的，而C++是面向对象的，且C++兼容绝大多数C的特性

C++

面向对象：封装，继承，多态

加入引用 const/inline/template代替宏常量

命名空间解决重名问题

STL提供高效的数据结构和算法

1.2. 指针与数组

数组具有静态特征，而指针有更多的动态特性和灵活性。

数组一经定义，其基址和大小便固定了，在该数组的有效使用范围内是不可变的；但是指针则具有很强的动态特征， 可以动态地指向任一该类型（定义决定）变量，这也就决定了它有更大的灵活性。

指针是变量，可以被赋值，数组名不是变量，不可以被赋值。

指针作为地址可以参加一些地址运算

1.3. 指针和引用

**语法角度

指针是一个数据类型，是表示指向某个类型的地址变量，是一个新的变量。

引用是一个变量的别名，本身并不是一个新的变量。

指针变量可以不初始化，而引用要绑定到某个对象因此必须初始化

引用无法改变来引用其他变量，而非const的指针可以使用赋值运算符指向不同地址。

对于作为函数参数，使用指针类型的话，实际上是一个值传递的过程，将指针的数据也就是指向的地址，初始化给函数的形参。而参数是引用类型的话，就是一个引用传递，并没有创建一个新的临时变量，而是将实参绑定到形参。

**汇编角度

https://www.marvinle.cn/2018/12/10/pointer-reference/

1.4. 右值与右值引用

左值表示对象本身在内存中的表示，右值是表示对象的“值”

  • 左值表达式：求值结果是一个对象或者函数。
  • 对象用于右值时，用的是对象的值（内容），用做左值时，用的是对象的身份（在内存中位置）。
  • 左值可代替右值使用，反之不行

右值引用

必须绑定到右值的引用，即一个将要销毁的对象。不能绑定到左值。

参考copy-control

1.5. C++里是怎么定义常量

可以使用const定义一个常量，这样的话比define更好，是类型安全的

1.6. extern "C"

extern是C/C++语言中表明函数和全局变量作用和范围的关键字，它告诉关编译器，其声明的 函数和变量可以在本模块或其他模块中使用

extern "C"是连接申明，被extern"C"修饰的变量和函数是按照C语言的方式编译和链接的。 C++语言支持函数重载，c语言不支持函数重载。函数被C++编译后在库中的名字与C语言的 不同，会将名字根据形参进行拓展以区分重载的函数，而c中就不会这样，故extern "c"解决 名字匹配问题，实现C++与C的混合编程。

https://www.cnblogs.com/skynet/archive/2010/07/10/1774964.html

2. 函数

2.1. 函数指针

2.2. 重载与覆盖(override)

  • 当调用函数时，在调用点可见的作用域内有多个形参列表不同、名字相同的函数时，会出现函数重载。由编译器负责选择具体的重载版本，根据实参的类型。重载在编译时确定， 是静态的。重载不属于面向对象编程

    覆盖：派生类重新定义基类虚函数 ；虚函数在运行时动态确定。

2.3. C++函数栈空间的最大值

栈大小是有默认值的，如果申请的临时变量太大的话就会超过栈大小，造成栈溢出。由OS决定，可能是1M或者2M。

栈：在函数调用时，第一个进栈的是主函数中后的下一条指令（函数调用语句的下一条可执行语句）的地址，然后是函数的各个参数，在大多数的C编译器中，参数是由右往左入栈的，然后是函数中的局部变量。注意静态变量是不入栈的。

当本次函数调用结束后，局部变量先出栈，然后是参数，最后栈顶指针指向最开始存的地址，也就是主函数中的下一条指令，程序由该点继续运行。

2.4. C如何进行函数调用

2.5. C++如何处理返回值

2.6. 写个函数在main函数执行前先运行

全局变量的初始化

3. 关键字

3.1. const & static

3.1.1. const

const关键字用来修饰（声明）变量，则表示变量是一个常量，不可修改，所以这个变量也必须初始化。对于一些在程序运行过程中不应该被修改的变量，应该加const予以保护。

问：为什么不用marco？

答：const变量是一个变量相比marco更安全，因为他是有类型的，在参数传递的时候可以进行类型检查。

对于类的成员函数而言，加上了const关键字则表明这个成员函数可以被常量对象调用，也可以被非常量对象调用。如果不加的话则只能被非常量对象调用。【可以用来重载类成员函数，可以实现非常量以及常量版本】。注意，如果要返回对象的引用，那么常量版本和非常量版本的返回类型不同。

class A{
    A& func(){};
    const A& func() const {};
}

作为函数参数，顶层const会被忽略

3.1.2. static

面向过程的：静态变量/函数

  • 静态全局/局部变量的生命周期都是程序的运行期间，存储在全局数据区的内存中，若没有初始值则自动初始化为0。

  • 静态全局变量只在当前文件可用，文件内都可见这个变量；静态局部变量，只在当前语句块内可见（作用域），在首次经过对象定义语句时初始化。

  • 静态函数：只在当前文件内可用

面向对象：类的静态成员

  • 依赖于类，不依赖于具体对象，对象中不包含任何与类静态成员有关的数据，可以使用作用域访问：

    • <类型名>::<静态数据成员名>，<类型名>::<静态函数名>(<参数表>)
    • 也可以用对象来访问：<对象名>.<静态数据成员名>，<对象名>.<静态函数名>(<参数表>)（指针同理）

  • 访问遵循public, private, protected规则

  • 在外部定义、初始化静态成员时，不能重复static关键字，static只能在内类出现。

    • class Bar{
  static int a;
  static void fff();
}

int Bar::a = 1; //定义并初始化,private对象的初始化可以直接进行
void Bar:::fff(){
  ///...
};

  • 类的静态成员变量

    • 只有一份数据，存储在全局数据区，生命周期是整个程序运行期间。类以及类的所有对象共享。
    • 一般在类外部初始化，也可以在类内初始化（建议在类外也定义），但是必须为字面值常量。
      • ISO C++ forbids in-class initialization of non-const static member ‘A::ia’
      • ‘constexpr’ needed for in-class initialization of static data member ‘const double A::ia’ of non-integral type
      • If a static data member is of const integral or const enumeration type, its decalaration in the class can specify a constant-initializer which shall be an integral constant expression.
      • 必须为静态常量整型数据成员

  • 类的静态成员函数

    • 不包含this指针
    • 在类外定义时，不加static关键字
    • 可以调用访问静态成员（数据、函数），但是不能访问非静态成员
    • 可以被非静态成员访问

  • 好处

    • 可以所有对象共享

    • 不进入全局命名空间

    • 可以实现信息隐藏

    • 可以用于特殊场合

      • 静态数据成员可以是不完全类型（如当前类的数据成员），而普通数据成员不能是不完全类型（普通指针成员可以是） 

      • class Bar{
public:
    //...
private:
    static Bar mem1;    //合法，静态成员可以是不完全类型
    Bar *mem2;            //合法，普通指针成员可以是不完全类型
    Bar mem3;            //不合法，普通成员必须是完全类型
}

        ​

参考：知乎

3.2. sizeof

3.3. cast类型转换

3.3.1. 隐式类型转换

3.4. inline

内联函数在编译过程中会由编译器将内联函数的代码在调用点展开并替换为函数代码，因此在运行时没有实际调用函数。而我们在使用inline关键字的时候，只是建议编译器进行内联。

好处：

  • 内联函数更快，因为您不需要在堆栈上推送和弹出内容，如参数和返回地址，避免参数拷贝。
  • 可重用，减少代码重复，且修改方便。
  • 本身是一个函数，会检查参数问题，更安全（可与#define宏相比）

内联函数应该在头文件中定义，这一点不同于其他函数。编译器在调用点内联展开函数的代码时，必须能够找到 inline 函数的定义才能将调用函数替换为函数代码，而对于在头文件中仅有函数声明是不够的。

参考：stackoverflow:Benefits of inline function in C++ ，When use Inline

3.5. volatile

没有多线程可见性/一致性方面的语义的，只是保证每次从内存中重新读取而不会因为被编译器优化而读取到了错误值，这个机制的目的是为了准确的读取一些硬件映射到主存寻址空间中的寄存器。但是MSVC确实通过互锁操作做了额外的一致性保证。

3.6. register

3.7. extern

3.8. restrict

3.9. auto

  • 可以不指明变量的类型，让编译器自动推断表达式的类型。通常会忽略顶层const，保留底层const
  • 【拓展】decltype：选择并返回表达式的类型，且返回变量类型（包括顶层const，引用）

编译时，推断表达式的类型，以作为变量类型。

必须被初始化否则无法推断。

对于复杂的类型，或者无法表示的类型？【lamda】，简洁

参考：如何评价 C++ 11 auto 关键字？

4. 操作符

4.1. ++iter; 与 iter++; 如何实现

class StrBlobPtr{
public:
    StrBlobPtr &operator++(); //前置
    StrBlobPtr operator++(int); //后置
}

StrBlobPtr& StrBlobPtr::operator++(){
    check(curr); //检查当前变量是否已到达尾后位置
      ++curr;
      return *this;
};

StrBlobPtr StrBlobPtr::operator++(int){
    auto tmp = *this;
    ++*this;
    return tmp;
};

4.2. new与malloc的区别：

new(new operator)是C++的关键字，而malloc是C语言标准库的函数。

主要区别：

  1. malloc只负责申请空间，并返回一个void*指针；而new会申请空间，并调用构造函数，返回一个相同类型的指针。
  2. malloc在调用时还需指定空间大小。
  3. malloc从堆申请空间，而new从自由存储区申请空间（依赖于operator new的实现）
  4. 处理数组时，可以使用new A[n]这样的语法来申请，而malloc需要指定(A*)malloc(sizeof(A)*n)
  5. new(new operator)不可重载，而operator new可以重载。（注意区别）
  6. malloc可以用realloc重新分配内存，new不行
  7. new/new[]与delete/delete[]搭配；malloc与free搭配。

new的主要功能：

  1. 申请内存(operator new, 或者 operator new[])
  2. 调用对象构造函数
  3. 返回指向对象的指针

默认情况下，new动态分配的对象是默认初始化的（内置类型或组合类型的值未定义）类类型则用默认构造函数初始化。

可以用直接初始化方式、传统构造方式（圆括号）、列表初始化（花括号）、也可以进行值初始化

int *pi = new int(1024);                        //直接初始化
string *ps = new string(10, '9');                //构造初始化
vector<int> *pv = new vector<int>{0,1,2,3,4};    //列表初始化

string *ps1 = new string;            //默认初始化
string *ps2 = new string();            //值初始化，对类类型等价于默认初始化，调用默认构造函数
int *pi1 = new int;                    //默认初始化，*pi1的值未定义
int *pi2 = new int();                //值初始化，*pi2的值为0。对内置类型，值初始化有良好的定义值。

动态分配const对象

可以动态分配const对象，但必须初始化

const int *pci =  new const int(1024);    //初始值为1024
const string *pcs = new const string; //空字符串

delete：

  1. 调用析构函数
  2. 回收内存(operator delete, 或operator delete[])

delete可以对空指针安全操作。需要注意的是，delete之后应当重置指针。

异常情况

malloc申请失败返回NULL

new失败抛出bad_alloc异常，可以使用new_handler处理错误，也可以忽略(nothrow)。

参考：

细说new与malloc的10点区别

In what cases do I use malloc vs new?

operator new和operator new[]区别？

C++之operator new 和new operator区别

5. 类与继承

多态与虚函数

5.1. 析构函数

5.2. 静态函数和虚函数

5.3. 虚基类，虚继承

虚基类

虚继承

5.4. RTTI

5.5. 虚函数/纯虚函数，虚函数表

虚函数/纯虚函数/虚函数表

虚函数表

5.6.

6. 面向对象

6.1. 三大特征，五大基本原则

7. C++标准库

C++标准库，C++ Standard Library，是类库和函数的集合，由c++标准委员会制定，并不断维护更新。标准程序库提供若干泛型容器、函数对象、泛型字符串和流（包含交互和文件I/O），支持部分语言特性和常用的函数，如开平方根。C++标准程序库也吸收了ISO C90 C标准程序库。标准程序库的特性宣告于std名字空间之中。
std命名空间是C++中标准库类型对象的命名空间

STL（标准模板库，英文：Standard Template Library，缩写：STL），是一个C++软件库，大量影响了C++标准程序库但并非是其的一部分。其中包含4个组件，分别为算法、容器、函数、迭代器。实现了基于模版的数据结构和算法。

联系：标准库大量参考了并基于标准模板程序库（STL）所创建的习惯用法，包含容器、算法、迭代器、函数对象等。

参考：WIKI：C++标准库，WIKI：STL，C++标准库/STD/STL等的区别

7.1. 智能指针

见另一个文件

7.2. shared_ptr的实现

百度C++提前批

C++后台开发校招面试常见问题

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