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来源:嵌入式大杂烩发布时间:2022-05-08986浏览
询问 AI
C语言和C++相关的面试题一直比较少见一些，没有 Java方向写的人那么多，这是一篇 C 语言与 C++面试知识点总结的文章，非常难得。
修饰变量，说明该变量不可以被改变；
修饰指针，分为指向常量的指针（pointer to const）和自身是常量的指针（常量指针，const pointer）；
修饰引用，指向常量的引用（reference to const），用于形参类型，即避免了拷贝，又避免了函数对值的修改；
修饰成员函数，说明该成员函数内不能修改成员变量。
（为了方便记忆可以想成）被 const 修饰（在 const 后面）的值不可改变，如下文使用例子中的 p2、p3。
// 类
class A
{
private:
const int a; // 常对象成员，只能在初始化列表赋值
public:
// 构造函数
A() : a(0) { };
A(int x) : a(x) { }; // 初始化列表
// const可用于对重载函数的区分
int getValue(); // 普通成员函数
int getValue() const; // 常成员函数，不得修改类中的任何数据成员的值
};
void function()
{
// 对象
A b; // 普通对象，可以调用全部成员函数、更新常成员变量
const A a; // 常对象，只能调用常成员函数
const A *p = &a; // 指针变量，指向常对象
const A &q = a; // 指向常对象的引用
// 指针
char greeting[] = "Hello";
char* p1 = greeting; // 指针变量，指向字符数组变量
const char* p2 = greeting; // 指针变量，指向字符数组常量（const 后面是 char，说明指向的字符（char）不可改变）
char* const p3 = greeting; // 自身是常量的指针，指向字符数组变量（const 后面是 p3，说明 p3 指针自身不可改变）
const char* const p4 = greeting; // 自身是常量的指针，指向字符数组常量
}
// 函数
void function1(const int Var); // 传递过来的参数在函数内不可变
void function2(const char* Var); // 参数指针所指内容为常量
void function3(char* const Var); // 参数指针为常量
void function4(const int& Var); // 引用参数在函数内为常量
// 函数返回值
const int function5(); // 返回一个常数
const int* function6(); // 返回一个指向常量的指针变量，使用：const int *p = function6();
int* const function7(); // 返回一个指向变量的常指针，使用：int* const p = function7();
修饰普通变量，修改变量的存储区域和生命周期，使变量存储在静态区，在 main 函数运行前就分配了空间，如果有初始值就用初始值初始化它，如果没有初始值系统用默认值初始化它。
修饰普通函数，表明函数的作用范围，仅在定义该函数的文件内才能使用。在多人开发项目时，为了防止与他人命名空间里的函数重名，可以将函数定位为 static。
修饰成员变量，修饰成员变量使所有的对象只保存一个该变量，而且不需要生成对象就可以访问该成员。
修饰成员函数，修饰成员函数使得不需要生成对象就可以访问该函数，但是在 static 函数内不能访问非静态成员。
this 指针是一个隐含于每一个非静态成员函数中的特殊指针。它指向调用该成员函数的那个对象。
当对一个对象调用成员函数时，编译程序先将对象的地址赋给 this 指针，然后调用成员函数，每次成员函数存取数据成员时，都隐式使用 this 指针。
当一个成员函数被调用时，自动向它传递一个隐含的参数，该参数是一个指向这个成员函数所在的对象的指针。
this 指针被隐含地声明为: ClassNameconst this，这意味着不能给 this 指针赋值；在 ClassName 类的 const 成员函数中，this 指针的类型为：const ClassNameconst，这说明不能对 this 指针所指向的这种对象是不可修改的（即不能对这种对象的数据成员进行赋值操作）；
this 并不是一个常规变量，而是个右值，所以不能取得 this 的地址（不能 &this）。
在以下场景中，经常需要显式引用 this 指针：
inline 使用
// 声明1（加 inline，建议使用）
inline int functionName(int first, int second,...);
// 声明2（不加 inline）
int functionName(int first, int second,...);
// 定义
inline int functionName(int first, int second,...) {/****/};
// 类内定义，隐式内联
class A {
int doA() { return 0; } // 隐式内联
}
// 类外定义，需要显式内联
class A {
int doA();
}
inline int A::doA() { return 0; } // 需要显式内联
优点
Are "inline virtual" member functions ever actually "inlined"?
虚函数内联使用
#include <iostream>
using namespace std;
class Base
{
public:
inline virtual void who()
{
cout << "I am Base\n";
}
virtual ~Base() {}
};
class Derived : public Base
{
public:
inline void who() // 不写inline时隐式内联
{
cout << "I am Derived\n";
}
};
int main()
{
// 此处的虚函数 who()，是通过类（Base）的具体对象（b）来调用的，编译期间就能确定了，所以它可以是内联的，但最终是否内联取决于编译器。
Base b;
b.who();
// 此处的虚函数是通过指针调用的，呈现多态性，需要在运行时期间才能确定，所以不能为内联。
Base *ptr = new Derived();
ptr->who();
// 因为Base有虚析构函数（virtual ~Base() {}），所以 delete 时，会先调用派生类（Derived）析构函数，再调用基类（Base）析构函数，防止内存泄漏。
delete ptr;
ptr = nullptr;
system("pause");
return 0;
}
volatile int i = 10;
断言，是宏，而非函数。assert 宏的原型定义在 <assert.h>（C）、（C++）中，其作用是如果它的条件返回错误，则终止程序执行。可以通过定义 NDEBUG 来关闭 assert，但是需要在源代码的开头，include <assert.h> 之前。
assert() 使用
#define NDEBUG // 加上这行，则 assert 不可用
#include <assert.h>
assert( p != NULL ); // assert 不可用
设定结构体、联合以及类成员变量以 n 字节方式对齐
#pragma pack(n) 使用
#pragma pack(push) // 保存对齐状态
#pragma pack(4) // 设定为 4 字节对齐
struct test
{
char m1;
double m4;
int m3;
};
#pragma pack(pop) // 恢复对齐状态
Bit mode: 2; // mode 占 2 位
类可以将其（非静态）数据成员定义为位域（bit-field），在一个位域中含有一定数量的二进制位。当一个程序需要向其他程序或硬件设备传递二进制数据时，通常会用到位域。
extern "C" 的作用是让 C++ 编译器将 extern "C" 声明的代码当作 C 语言代码处理，可以避免 C++ 因符号修饰导致代码不能和C语言库中的符号进行链接的问题。
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
void *memset(void *, int, size_t);
#ifdef __cplusplus
}
#endif
// c
typedef struct Student {
int age;
} S;
等价于
// c
struct Student {
int age;
};
typedef struct Student S; 此时 S 等价于 struct Student，但两个标识符名称空间不相同。
另外还可以定义与 struct Student 不冲突的 void Student() {}。
由于编译器定位符号的规则（搜索规则）改变，导致不同于C语言。
1.如果在类标识符空间定义了 struct Student {...};，使用 Student me; 时，编译器将搜索全局标识符表，Student 未找到，则在类标识符内搜索。
即表现为可以使用 Student 也可以使用 struct Student，如下：
// cpp
struct Student {
int age;
};
void f( Student me ); // 正确，"struct" 关键字可省略
2.若定义了与 Student 同名函数之后，则 Student 只代表函数，不代表结构体，如下：
typedef struct Student {
int age;
} S;
void Student() {} // 正确，定义后 "Student" 只代表此函数
//void S() {} // 错误，符号 "S" 已经被定义为一个 "struct Student" 的别名
int main() {
Student();
struct Student me; // 或者 "S me";
return 0;
}
总的来说，struct 更适合看成是一个数据结构的实现体，class 更适合看成是一个对象的实现体。
区别:
最本质的一个区别就是默认的访问控制
联合（union）是一种节省空间的特殊的类，一个 union 可以有多个数据成员，但是在任意时刻只有一个数据成员可以有值。当某个成员被赋值后其他成员变为未定义状态。联合有如下特点：
#include<iostream>
union UnionTest {
UnionTest() : i(10) {};
int i;
double d;
};
static union {
int i;
double d;
};
int main() {
UnionTest u;
union {
int i;
double d;
};
std::cout << u.i << std::endl; // 输出 UnionTest 联合的 10
::i = 20;
std::cout << ::i << std::endl; // 输出全局静态匿名联合的 20
i = 30;
std::cout << i << std::endl; // 输出局部匿名联合的 30
return 0;
}
C 实现 C++ 的面向对象特性（封装、继承、多态）
struct A
{
A(int) { }
operator bool() const { return true; }
};
struct B
{
explicit B(int) {}
explicit operator bool() const { return true; }
};
void doA(A a) {}
void doB(B b) {}
int main()
{
A a1(1);// OK：直接初始化
A a2 = 1;// OK：复制初始化
A a3{ 1 };// OK：直接列表初始化
A a4 = { 1 };// OK：复制列表初始化
A a5 = (A)1;// OK：允许 static_cast 的显式转换
doA(1);// OK：允许从 int 到 A 的隐式转换
if (a1);// OK：使用转换函数 A::operator bool() 的从 A 到 bool 的隐式转换
bool a6（a1）;// OK：使用转换函数 A::operator bool() 的从 A 到 bool 的隐式转换
bool a7 = a1;// OK：使用转换函数 A::operator bool() 的从 A 到 bool 的隐式转换
bool a8 = static_cast<bool>(a1); // OK ：static_cast 进行直接初始化
B b1(1);// OK：直接初始化
B b2 = 1;// 错误：被 explicit 修饰构造函数的对象不可以复制初始化
B b3{ 1 };// OK：直接列表初始化
B b4 = { 1 };// 错误：被 explicit 修饰构造函数的对象不可以复制列表初始化
B b5 = (B)1;// OK：允许 static_cast 的显式转换
doB(1);// 错误：被 explicit 修饰构造函数的对象不可以从 int 到 B 的隐式转换
if (b1);// OK：被 explicit 修饰转换函数 B::operator bool() 的对象可以从 B 到 bool 的按语境转换
bool b6(b1);// OK：被 explicit 修饰转换函数 B::operator bool() 的对象可以从 B 到 bool 的按语境转换
bool b7 = b1;// 错误：被 explicit 修饰转换函数 B::operator bool() 的对象不可以隐式转换
bool b8 = static_cast<bool>(b1); // OK：static_cast 进行直接初始化
return 0;
}
一条 using 声明 语句一次只引入命名空间的一个成员。它使得我们可以清楚知道程序中所引用的到底是哪个名字。如：
using namespace_name::name;
在 C++11 中，派生类能够重用其直接基类定义的构造函数。
class Derived : Base {
public:
using Base::Base;
/* ... */
};
如上 using 声明，对于基类的每个构造函数，编译器都生成一个与之对应（形参列表完全相同）的派生类构造函数。生成如下类型构造函数：Derived(parms) : Base(args) { }
using 指示 使得某个特定命名空间中所有名字都可见，这样我们就无需再为它们添加任何前缀限定符了。如：
using namespace_name name;
尽量少使用 using 指示 污染命名空间
一般说来，使用 using 命令比使用 using 编译命令更安全，这是由于它只导入了指定的名称。如果该名称与局部名称发生冲突，编译器将发出指示。using编译命令导入所有的名称，包括可能并不需要的名称。如果与局部名称发生冲突，则局部名称将覆盖名称空间版本，而编译器并不会发出警告。另外，名称空间的开放性意味着名称空间的名称可能分散在多个地方，这使得难以准确知道添加了哪些名称。
using 使用
尽量少使用 using 指示
using namespace std;
应该多使用 using 声明
int x;
std::cin >> x ;
std::cout << x << std::endl;
或者
using std::cin;
using std::cout;
using std::endl;
int x;
cin >> x;
cout << x << endl;
int count = 11; // 全局（::）的 count
class A {
public:
static int count; // 类 A 的 count（A::count）
};
int A::count = 21;
void fun()
{
int count = 31; // 初始化局部的 count 为 31
count = 32; // 设置局部的 count 的值为 32
}
int main() {
::count = 12; // 测试 1：设置全局的 count 的值为 12
A::count = 22; // 测试 2：设置类 A 的 count 为 22
fun(); // 测试 3
return 0;
}
定作用域的枚举类型
enum class open_modes { input, output, append };
不限定作用域的枚举类型
enum color { red, yellow, green };
enum { floatPrec = 6, doublePrec = 10 };
decltype 关键字用于检查实体的声明类型或表达式的类型及值分类。语法：
decltype ( expression )
decltype 使用
// 尾置返回允许我们在参数列表之后声明返回类型
template <typename It>
auto fcn(It beg, It end) -> decltype(*beg)
{
// 处理序列
return *beg; // 返回序列中一个元素的引用
}
// 为了使用模板参数成员，必须用 typename
template <typename It>
auto fcn2(It beg, It end) -> typename remove_reference<decltype(*beg)>::type
{
// 处理序列
return *beg; // 返回序列中一个元素的拷贝
}
常规引用，一般表示对象的身份。
右值引用就是必须绑定到右值（一个临时对象、将要销毁的对象）的引用，一般表示对象的值。
右值引用可实现转移语义（Move Sementics）和精确传递（Perfect Forwarding），它的主要目的有两个方面：
宏定义可以实现类似于函数的功能，但是它终归不是函数，而宏定义中括弧中的“参数”也不是真的参数，在宏展开的时候对 “参数” 进行的是一对一的替换。
好处
用花括号初始化器列表初始化一个对象，其中对应构造函数接受一个 std::initializer_list 参数.
initializer_list 使用
#include <iostream>
#include <vector>
#include <initializer_list>
template <class T>
struct S {
std::vector<T> v;
S(std::initializer_list<T> l) : v(l) {
std::cout << "constructed with a " << l.size() << "-element list\n";
}
void append(std::initializer_list<T> l) {
v.insert(v.end(), l.begin(), l.end());
}
std::pair<const T*, std::size_t> c_arr() const {
return {&v[0], v.size()}; // 在 return 语句中复制列表初始化
// 这不使用 std::initializer_list
}
};
template <typename T>
void templated_fn(T) {}
int main()
{
S<int> s = {1, 2, 3, 4, 5}; // 复制初始化
s.append({6, 7, 8}); // 函数调用中的列表初始化
std::cout << "The vector size is now " << s.c_arr().second << " ints:\n";
for (auto n : s.v)
std::cout << n << ' ';
std::cout << '\n';
std::cout << "Range-for over brace-init-list: \n";
for (int x : {-1, -2, -3}) // auto 的规则令此带范围 for 工作
std::cout << x << ' ';
std::cout << '\n';
auto al = {10, 11, 12}; // auto 的特殊规则
std::cout << "The list bound to auto has size() = " << al.size() << '\n';
// templated_fn({1, 2, 3}); // 编译错误！“ {1, 2, 3} ”不是表达式，
// 它无类型，故 T 无法推导
templated_fn<std::initializer_list<int>>({1, 2, 3}); // OK
templated_fn<std::vector<int>>({1, 2, 3}); // 也 OK
}
面向对象程序设计（Object-oriented programming，OOP）是种具有对象概念的程序编程典范，同时也是一种程序开发的抽象方针。
面向对象特征
面向对象三大特征 —— 封装、继承、多态
把客观事物封装成抽象的类，并且类可以把自己的数据和方法只让可信的类或者对象操作，对不可信的进行信息隐藏。关键字：public, protected, private。不写默认为 private。
函数重载
class A
{
public:
void do(int a);
void do(int a, int b);
};
注意：
动态多态使用
class Shape // 形状类
{
public:
virtual double calcArea()
{
...
}
virtual ~Shape();
};
class Circle : public Shape // 圆形类
{
public:
virtual double calcArea();
...
};
class Rect : public Shape // 矩形类
{
public:
virtual double calcArea();
...
};
int main()
{
Shape * shape1 = new Circle(4.0);
Shape * shape2 = new Rect(5.0, 6.0);
shape1->calcArea(); // 调用圆形类里面的方法
shape2->calcArea(); // 调用矩形类里面的方法
delete shape1;
shape1 = nullptr;
delete shape2;
shape2 = nullptr;
return 0;
}
虚析构函数是为了解决基类的指针指向派生类对象，并用基类的指针删除派生类对象。
虚析构函数使用
class Shape
{
public:
Shape(); // 构造函数不能是虚函数
virtual double calcArea();
virtual ~Shape(); // 虚析构函数
};
class Circle : public Shape // 圆形类
{
public:
virtual double calcArea();
...
};
int main()
{
Shape * shape1 = new Circle(4.0);
shape1->calcArea();
delete shape1; // 因为Shape有虚析构函数，所以delete释放内存时，先调用子类析构函数，再调用基类析构函数，防止内存泄漏。
shape1 = NULL;
return 0；
}
纯虚函数是一种特殊的虚函数，在基类中不能对虚函数给出有意义的实现，而把它声明为纯虚函数，它的实现留给该基类的派生类去做。
virtual int A() = 0;
虚继承用于解决多继承条件下的菱形继承问题（浪费存储空间、存在二义性）。
底层实现原理与编译器相关，一般通过虚基类指针和虚基类表实现，每个虚继承的子类都有一个虚基类指针（占用一个指针的存储空间，4字节）和虚基类表（不占用类对象的存储空间）（需要强调的是，虚基类依旧会在子类里面存在拷贝，只是仅仅最多存在一份而已，并不是不在子类里面了）；当虚继承的子类被当做父类继承时，虚基类指针也会被继承。
实际上，vbptr 指的是虚基类表指针（virtual base table pointer），该指针指向了一个虚基类表（virtual table），虚表中记录了虚基类与本类的偏移地址；通过偏移地址，这样就找到了虚基类成员，而虚继承也不用像普通多继承那样维持着公共基类（虚基类）的两份同样的拷贝，节省了存储空间。
虚继承
虚函数
抽象类：含有纯虚函数的类
接口类：仅含有纯虚函数的抽象类
聚合类：用户可以直接访问其成员，并且具有特殊的初始化语法形式。满足如下特点：
用于分配、释放内存
malloc、free 使用
申请内存，确认是否申请成功
char *str = (char*) malloc(100);
assert(str != nullptr);
释放内存后指针置空
free(p);
p = nullptr;
new、delete 使用
申请内存，确认是否申请成功
int main()
{
T* t = new T(); // 先内存分配 ，再构造函数
delete t; // 先析构函数，再内存释放
return 0;
}
定位 new（placement new）允许我们向 new 传递额外的地址参数，从而在预先指定的内存区域创建对象。
new (place_address) type
new (place_address) type (initializers)
new (place_address) type [size]
new (place_address) type [size] { braced initializer list }
合法，但：
方法：将析构函数设置为私有
原因：C++ 是静态绑定语言，编译器管理栈上对象的生命周期，编译器在为类对象分配栈空间时，会先检查类的析构函数的访问性。若析构函数不可访问，则不能在栈上创建对象。
方法：将 new 和 delete 重载为私有
原因：在堆上生成对象，使用 new 关键词操作，其过程分为两阶段：第一阶段，使用 new 在堆上寻找可用内存，分配给对象；第二阶段，调用构造函数生成对象。将 new 操作设置为私有，那么第一阶段就无法完成，就不能够在堆上生成对象。
头文件：#include <memory>
std::auto_ptr<std::string> ps (new std::string(str))；
对于该论述，欢迎读者查阅之前发过的文章，你是《未来世界的幸存者》么？
可以在一行中用三个以上的减号来建立一个分隔线，同时需要在分隔线的上面空一行。如下：
shared_ptr
多个智能指针可以共享同一个对象，对象的最末一个拥有着有责任销毁对象，并清理与该对象相关的所有资源。
weak_ptr
weak_ptr 允许你共享但不拥有某对象，一旦最末一个拥有该对象的智能指针失去了所有权，任何 weak_ptr 都会自动成空（empty）。因此，在 default 和 copy 构造函数之外，weak_ptr 只提供 “接受一个 shared_ptr” 的构造函数。
unique_ptr
unique_ptr 是 C++11 才开始提供的类型，是一种在异常时可以帮助避免资源泄漏的智能指针。采用独占式拥有，意味着可以确保一个对象和其相应的资源同一时间只被一个 pointer 拥有。一旦拥有着被销毁或编程 empty，或开始拥有另一个对象，先前拥有的那个对象就会被销毁，其任何相应资源亦会被释放。
auto_ptr
被 c++11 弃用，原因是缺乏语言特性如 “针对构造和赋值” 的 std::move 语义，以及其他瑕疵。
auto_ptr 与 unique_ptr 比较
bad_cast 使用
try {
Circle& ref_circle = dynamic_cast<Circle&>(ref_shape);
}
catch (bad_cast b) {
cout << "Caught: " << b.what();
}
typeid、type_info 使用
#include <iostream>
using namespace std;
class Flyable // 能飞的
{
public:
virtual void takeoff() = 0; // 起飞
virtual void land() = 0; // 降落
};
class Bird : public Flyable // 鸟
{
public:
void foraging() {...} // 觅食
virtual void takeoff() {...}
virtual void land() {...}
virtual ~Bird(){}
};
class Plane : public Flyable // 飞机
{
public:
void carry() {...} // 运输
virtual void takeoff() {...}
virtual void land() {...}
};
class type_info
{
public:
const char* name() const;
bool operator == (const type_info & rhs) const;
bool operator != (const type_info & rhs) const;
int before(const type_info & rhs) const;
virtual ~type_info();
private:
...
};
void doSomething(Flyable *obj) // 做些事情
{
obj->takeoff();
cout << typeid(*obj).name() << endl; // 输出传入对象类型（"class Bird" or "class Plane"）
if(typeid(*obj) == typeid(Bird)) // 判断对象类型
{
Bird *bird = dynamic_cast<Bird *>(obj); // 对象转化
bird->foraging();
}
obj->land();
}
int main(){
Bird *b = new Bird();
doSomething(b);
delete b;
b = nullptr;
return 0;
}
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