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📚 C/C++ 技术面试基础知识总结,包括语言、程序库、数据结构、算法、系统、网络、链接装载库等知识及面试经验、招聘、内推等信息。This repository is a summary of the basic knowledge of recruiting job seekers and beginners in the direction of C/C++ technology, including language, program library, data structure, algorithm, system, network, link loading library, interview experience, recruitment, recommendation…

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📚 本仓库是面向 C/C++ 技术方向校招求职者、初学者的基础知识总结,包括语言、程序库、数据结构、算法、系统、网络、链接装载库等知识及面试经验、招聘、内推等信息。

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📑 目录

➕ C/C++

const

作用

  1. 修饰变量,说明该变量不可以被改变;
  2. 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);
  3. 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;
  4. 修饰成员函数,说明该成员函数内不能修改成员变量。

const 的指针与引用

  • 指针
    • 指向常量的指针(pointer to const)
    • 自身是常量的指针(常量指针,const pointer)
  • 引用
    • 指向常量的引用(reference to const)
    • 没有 const reference,因为引用只是对象的别名,引用不是对象,不能用 const 修饰

(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 p2p3

使用

const 使用

//
class A
{
private:
    const int a;                // 常对象成员,可以使用初始化列表或者类内初始化

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
    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();

宏定义 #define 和 const 常量

宏定义 #define const 常量
宏定义,相当于字符替换 常量声明
预处理器处理 编译器处理
无类型安全检查 有类型安全检查
不分配内存 要分配内存
存储在代码段 存储在数据段
可通过 #undef 取消 不可取消

static

作用

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. this 指针被隐含地声明为: ClassName *const 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 ClassName* const,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);
  5. 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)。
  6. 在以下场景中,经常需要显式引用 this 指针:
    1. 为实现对象的链式引用;
    2. 为避免对同一对象进行赋值操作;
    3. 在实现一些数据结构时,如 list

inline 内联函数

特征

  • 相当于把内联函数里面的内容写在调用内联函数处;
  • 相当于不用执行进入函数的步骤,直接执行函数体;
  • 相当于宏,却比宏多了类型检查,真正具有函数特性;
  • 编译器一般不内联包含循环、递归、switch 等复杂操作的内联函数;
  • 在类声明中定义的函数,除了虚函数的其他函数都会自动隐式地当成内联函数。

使用

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

编译器对 inline 函数的处理步骤

  1. 将 inline 函数体复制到 inline 函数调用点处;
  2. 为所用 inline 函数中的局部变量分配内存空间;
  3. 将 inline 函数的的输入参数和返回值映射到调用方法的局部变量空间中;
  4. 如果 inline 函数有多个返回点,将其转变为 inline 函数代码块末尾的分支(使用 GOTO)。

优缺点

优点

  1. 内联函数同宏函数一样将在被调用处进行代码展开,省去了参数压栈、栈帧开辟与回收,结果返回等,从而提高程序运行速度。
  2. 内联函数相比宏函数来说,在代码展开时,会做安全检查或自动类型转换(同普通函数),而宏定义则不会。
  3. 在类中声明同时定义的成员函数,自动转化为内联函数,因此内联函数可以访问类的成员变量,宏定义则不能。
  4. 内联函数在运行时可调试,而宏定义不可以。

缺点

  1. 代码膨胀。内联是以代码膨胀(复制)为代价,消除函数调用带来的开销。如果执行函数体内代码的时间,相比于函数调用的开销较大,那么效率的收获会很少。另一方面,每一处内联函数的调用都要复制代码,将使程序的总代码量增大,消耗更多的内存空间。
  2. inline 函数无法随着函数库升级而升级。inline函数的改变需要重新编译,不像 non-inline 可以直接链接。
  3. 是否内联,程序员不可控。内联函数只是对编译器的建议,是否对函数内联,决定权在于编译器。

虚函数(virtual)可以是内联函数(inline)吗?

Are "inline virtual" member functions ever actually "inlined"?

  • 虚函数可以是内联函数,内联是可以修饰虚函数的,但是当虚函数表现多态性的时候不能内联。
  • 内联是在编译期建议编译器内联,而虚函数的多态性在运行期,编译器无法知道运行期调用哪个代码,因此虚函数表现为多态性时(运行期)不可以内联。
  • inline virtual 唯一可以内联的时候是:编译器知道所调用的对象是哪个类(如 Base::who()),这只有在编译器具有实际对象而不是对象的指针或引用时才会发生。

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

volatile int i = 10; 
  • volatile 关键字是一种类型修饰符,用它声明的类型变量表示可以被某些编译器未知的因素(操作系统、硬件、其它线程等)更改。所以使用 volatile 告诉编译器不应对这样的对象进行优化。
  • volatile 关键字声明的变量,每次访问时都必须从内存中取出值(没有被 volatile 修饰的变量,可能由于编译器的优化,从 CPU 寄存器中取值)
  • const 可以是 volatile (如只读的状态寄存器)
  • 指针可以是 volatile

assert()

断言,是宏,而非函数。assert 宏的原型定义在 <assert.h>(C)、<cassert>(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

sizeof()

  • sizeof 对数组,得到整个数组所占空间大小。
  • sizeof 对指针,得到指针本身所占空间大小。

#pragma pack(n)

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

位域

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。

  • 位域在内存中的布局是与机器有关的
  • 位域的类型必须是整型或枚举类型,带符号类型中的位域的行为将因具体实现而定
  • 取地址运算符(&)不能作用于位域,任何指针都无法指向类的位域

extern "C"

  • 被 extern 限定的函数或变量是 extern 类型的
  • extern "C" 修饰的变量和函数是按照 C 语言方式编译和链接的

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。

extern "C" 使用

#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif

void *memset(void *, int, size_t);

#ifdef __cplusplus
}
#endif

struct 和 typedef struct

C 中

// 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() {}

C++ 中

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。

一、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

二、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;
}

C++ 中 struct 和 class

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
    1. 默认的继承访问权限。struct 是 public 的,class 是 private 的。
    2. struct 作为数据结构的实现体,它默认的数据访问控制是 public 的,而 class 作为对象的实现体,它默认的成员变量访问控制是 private 的。

union 联合

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:

  • 默认访问控制符为 public
  • 可以含有构造函数、析构函数
  • 不能含有引用类型的成员
  • 不能继承自其他类,不能作为基类
  • 不能含有虚函数
  • 匿名 union 在定义所在作用域可直接访问 union 成员
  • 匿名 union 不能包含 protected 成员或 private 成员
  • 全局匿名联合必须是静态(static)的

union 使用

#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++ 类

C 实现 C++ 的面向对象特性(封装、继承、多态)

  • 封装:使用函数指针把属性与方法封装到结构体中
  • 继承:结构体嵌套
  • 多态:父类与子类方法的函数指针不同

Can you write object-oriented code in C? [closed]

explicit(显式)关键字

  • explicit 修饰构造函数时,可以防止隐式转换和复制初始化
  • explicit 修饰转换函数时,可以防止隐式转换,但 按语境转换 除外

explicit 使用

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;
}

friend 友元类和友元函数

  • 能访问私有成员
  • 破坏封装性
  • 友元关系不可传递
  • 友元关系的单向性
  • 友元声明的形式及数量不受限制

using

using 声明

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;

构造函数的 using 声明

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

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;

:: 范围解析运算符

分类

  1. 全局作用域符(::name):用于类型名称(类、类成员、成员函数、变量等)前,表示作用域为全局命名空间
  2. 类作用域符(class::name):用于表示指定类型的作用域范围是具体某个类的
  3. 命名空间作用域符(namespace::name):用于表示指定类型的作用域范围是具体某个命名空间的

:: 使用

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();		        //