C++面试题
1 菱形继承
2 多态
多态实现原理:
静态多态
动态多态
静态多态:
依赖函数重载,编译期确定。
函数重载:允许在同一作用于内声明多个功能类似的同名函数,函数列表不同。注意:不能仅通过返回值类型确定重载(函数模板也是其中之一)。
原理:
1 函数名修饰;
2 编译过程:
预编译 把头文件当中的函数声明拷贝到源文件,避免编译过程中的语法分析找不到函数定义
* 编译 语法分析,同时进行符号汇总(函数名)
* 汇编 生成函数名到函数地址的映射,方便通过函数名找到函数定义位置
链接 将多个文件中的符号表汇总合并
objdump -t *.o // _Zn + 类长度 + 类名 + 函数名长度 + 函数名 + E + 类型首字母
动态多态:
虚函数重写,运行期确定
在基类的函数名前加virtual关键字,在子类中重写 override
运行时将根据对象的类型调用相应的函数
如果对象的类型是基类,则调用基类函数;反之,若是派生类,则调用派生类函数
原理:
早绑定:编译期已确定对象调用的函数地址
晚绑定:若类使用virtual函数,则会为类生成虚函数表(一维数组,存放虚函数地址),类对象构造时会初始化该虚表指针;
虚函数表指针在构造时初始化
3 override/final
c++11引入这两个关键字
原因:
虚函数重写
不能阻止某个虚函数进一步重写
本意写一个心函数,错误重写基类虚函数(子类中virtual关键字可省略)
本意重写基类虚函数,但是签名不一致,在子类中重新构建了一个新的虚函数
类继承
不能阻止某个类进一步派生
override
指定子类一个虚函数复写基类的一个虚函数
保证该重写的虚函数与基类的虚函数具有相同的签名
final
指定某个虚函数不能在派生类中被覆盖,或者某个类不能被派生
阻止类进一步派生
阻止虚函数进一步重写
4 类型推导
类型:
模板方法中模板参数类型的推导
auto decltype (都是c++11引入,其中auto的类型推导是c++引入)
原因:
c++是强类型语言
编译器来处理类型推导
提升语言的编码效率
关键字:
auto
原理:用于推导变量的类型,通过强制声明一个变量的初始值,编译器会通过初始值进行推导类型。
规则:变量必须在定义时初始化;如果用auto定义多个变量,那么这些变量必须为同一类型;类型推导时会丢失cv语义/&;
需要保留&/cv,使用const & / const auto
万能引用 auto&&, 根据初始值的属性来判断左值引用/右值引用
auto不能推导数组类型,会得到指针类型
auto可以推导函数返回值类型(c++14)
应用:尽量使用auto声明变量,除非影响到可读性
使用容器时,名字较长,使用auto更方便
匿名函数返回值
模板函数中可以节约模板参数类型
延伸:typeid会丢失顶层const;typeid只有在虚表查找时才会有运行时开销,否则都是在编译阶段完成
decltype
原理:用于推导表达式的类型,只分析表达式类型而不参与运算
规则:
exp是普通表达式,推导表达式类型
exp是函数调用,推导函数返回值类型
exp是左值引用,推导出左值引用
应用:范型编程
5 function/lambda/bind
function
类模板
一个抽象了函数参数以及函数返回值的类模板
抽象方式:将任意函数包装成一个对象,该对象可以保存/传递/复制;动态绑定,只需要修改该对象(赋值不同的function对象),实现类似多态的效果
用途:保存普通函数,类的静态成员数据;保存仿函数;保存类成员函数;保存lambda表达式
cpp
function<void(CHello *, int)> f = &CHello::hello;
仿函数(函数对象)
重载了操作符'()'的类
cpp
class Hello {
void operator()(int count) {
i += count;
cout << "Hello " << i << endl;
}
int i;
};
function<void(int)> f = Hello();
f(3);
特征:可以有状态,通过成员变量进行存储;有状态的函数对象成为闭包
lambda表达式
一种方便创建匿名函数对象的语法糖
cpp
int i = 0;
// auto f_hello = [i]() mutable -> void { ++i; cout << "lambda i:" << i << endl;}; // 未修改外部变量,闭包
auto f_hello = [&i]() { ++i; cout << "lambda i:" << i << endl;}; // 修改外部变量
f_hello();
f_hello();
cout << "global i:" << i << endl;
构成:
捕获列表[]
值捕获
默认只读,不能修改
mutable可读可写,并不会修改外部变量的值
引用捕获
可读可写,修改外部变量的值
本质:外部变量将转变为类的成员变量
参数列表()
指定返回值->
可省略,因为有类型推导
函数体{}
原理
编译时,将lambda表达式转变为一个函数对象
根据lambda参数列表重载operator()
bind
用来通过绑定函数以及函数参数的方式生成函数对象的模板函数
提供占位符,实现灵活的绑定
特征:
绑定函数以及函数参数 构成一个函数对象(闭包)
允许修改参数顺序
部分参数可设置固定值(丢弃多余参数)
cpp
auto f_bind = bind(&bind_func, 1, 2); // 函数名取地址
auto f_class_func = bind(&CHello::hello, &obj, 1000);
auto f_placement = bind(&CHello::hello, &obj, placeholders::_1);
总结:
lambda和bind生成一个函数对象
function用来描述函数对象的类型;
lambda用来生成匿名函数,即函数对象(可以访问外部变量的匿名函数);
bind也是用来生成函数对象(函数和参数进行绑定生成函数对象);
6 继承下的构造函数和析构函数执行顺序
继承下,构造函数依照依赖链,从上往下构造;析构函数从下向上析构
单继承
成员类按照顺序构造,按相反顺序析构
类的构造依赖成员类的构造,基类比成员类依赖性更强
多继承
成员类按照顺序构造,按相反顺序析构
类的构造依赖成员类的构造,基类比成员类依赖性更强
多继承中基类按声明顺序构造,按相反顺序析构
7 虚函数表和虚函数表指针的创建时机
虚函数表的创建时机
编译器发现类中包含virtual关键字修饰的函数,虚函数表的内容在编译期已经生成(.o文件)
存放于全局数据区只读数据段
虚函数表中存放虚函数的地址的数组
虚函数表指针的创建时机
对象构造时,在构造函数中将虚函数表的地址赋值给对象vptr
如果没有构造函数,则编译器为类生成默认构造函数,为类对象初始化vptr
继承下,虚函数表指针赋值过程:先是基类赋值,再是子类赋值(覆盖行为)
8 虚析构函数作用
在继承下,为了使子类析构函数能够得到正常调用,需要将基类的析构函数设置为虚析构函数
使用场景:
子类对喜爱嗯指针赋值给基类指针,在调用析构函数时,子类对象的析构函数得不到调用
设计原因:
在c++看来,我们设计某个类,不一定是基类,如果是基类,应该手动将基类的析构函数设置为虚函数;
设置虚析构函数是有代价的,编译器会为类生成虚函数表,每个对象都需要持有vptr
9 面向对象三大特征
封装
目的:隐藏实现细节,实现模块化
特性:
访问权限
public 对所有对象开放
protected 对子类开放
private 只对自己开放;使用友元类打破private权限
继承
目的:无需修改原有类的情况下,实现功能扩展
特性:
权限继承
public继承 基类成员权限保持
protected继承 基类成员public/protected变为protected
private继承 基类成员public/protected/private都变为private
使用using修改基类成员在子类中的权限
比如:在public中using data = A::c;
多继承
接口继承
纯虚函数
多态
目的:一个接口多种形态,通过实现接口重用,增强可扩展性
特性:
静态多态: 函数重载
动态多态: 通过虚函数重写
10 动态库与静态库
动态库与静态库都是先生成.o文件
静态库编译
shell
ar rcs target.a *.o # r:replace c:grade s:such
g++ -static main.cpp -o static_target -L./ -lapi -I./ # -lapi = libapi.a
动态库编译
shell
g++ -shared -fPIC -o target.so *.o
g++ main.cpp -o dynamic_target -L./ -lapi -I./ # -lapi = libapi.so
静态编译产物 > 动态编译产物 # 动态编译未全部装载
动态编译依赖LD_LIBRARY_PATH
shell
export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:[new_path]
11 智能指针
指针管理的困境
资源释放了,但指针未置空
指针悬挂 -> 一个/多个指针指向同一资源
踩内存
未释放资源
内存泄漏
重复释放资源
coredump错误
使用未初始化指针
野指针
解决方案
智能指针,利用RAII思想自动化管理指针指向的动态资源的释放(举例:mutex mtx; mtx.lock(); mtx.unlock();)
RAII,利用对象的生命周期管理资源
智能指针利用构造/析构函数来管理资源
智能指针
shared_ptr
解决指针悬挂问题
语义:共享所有权
资源无明确拥有者
原理:引用计数,由最后一个对象释放资源
场景:
容器中管理指针 -> vector<shared_ptr<T>> vec;
资源通过函数传递
使用规范:
使用shared_ptr管理动态资源时,不要使用原来的裸指针
构造智能指针时,不要暴露裸指针;
尽量使用make_shared构造智能指针;
不要使用int *p = sp.get();
;
不要使用一个指针构造多个智能指针对象;
不要用类对象指针this作为shared_ptr返回
不能暴露裸指针
cpp
// 不推荐用法
int *p = new int();
shared_ptr<int> sp = shared_ptr<int>(p);
// 不太推荐用法
shared_ptr<int> sp = shared_ptr<int>(new int);
// 推荐用法
shared_ptr<int> sp = make_shared<int>();
// 不应该使用的方式
class T {
public:
// 违反条款:不应该使用一个指针构造多个智能指针对象
shared_ptr<T> self() {
return this; // return shared_ptr<T>(this); 也不应该使用
}
};
// 改进方案,可用
class T : public enable_shared_from_this<T> {
public:
shared_ptr<T> self() {
return shared_from_this();
}
};
weak_ptr
辅助shared_ptr,用来解决shared_ptr循环引用,原因是弱引用不占用强引用类型
cpp
class A {
public:
~A() {
cout << "A deconstructor" << endl;
}
// shared_ptr<B> spb; 问题写法
weak_ptr<B> spb;
};
class B {
public:
~B() {
cout << "B deconstructor" << endl;
}
// shared_ptr<A> spa; // 问题写法
weak_ptr<A> spa;
};
int main()
{
// 循环引用
shared_ptr<A> sp1 = make_shared<A>();
shared_ptr<B> sp2 = make_shared<B>();
sp1->spb = sp2;
sp2->spa = sp1;
cout << "A.use_count(): "<< sp1.use_count() << " B.use_count(): " << sp2.use_count() << endl;
return 0;
}
unique_ptr
语义:独享所有权
没有拷贝语义,仅提供移动语义
明确某个对象只有一个拥有者
场景
使用规范:
不支持拷贝,但可以从函数中返回一个unique_ptr -> 编译器优化;编译器优化关闭情况下,如果有移动构造,调用移动构造;如果有拷贝构造,调用拷贝构造;没有拷贝构造,返错;
make_unique (c++14)
cpp
// 可用
unique_ptr<T> get_unique() {
unique_ptr<T> up;
return up;
}
12 c++11用过的特性
考察思路
回答问题的层次
学习总结的思路
语法糖
关键字
auto / decltype
nullptr
以往用NULL,它是0(int)
nullptr是一个具体的空指针,会去匹配空指针类型的函数参数
final / override
在继承中
constexpr
让编译器协助求值
语法
基于范围的for循环
function函数对象
bind
lambda
目的:
使代码更便捷/严谨,让编译器做更多的工作
stl容器
array
forward_list
unordered_map
unordered_set
智能指针
shared_ptr
weak_ptr
unique_ptr
多线程
thread
可以传闭包
mutex / lock_guard
可能会休眠
condition_variable
可能会休眠
atomic
原子操作,限定cpu/编译器不要对某些变量或操作做违反一致性的优化
右值引用
T&&
将亡值
移动语义
实现移动语义
std::move
实现完美转发
万能引用 T&&
std::forward