C++ 面試知識點總結

1. new，delete 與 malloc，free的區別：melonstreet

• 1. 申請的內存所在位置
• 2.返回類型安全性
• 3.內存分配失敗時的返回值
• 4.是否須要指定內存大小
• 5.是否調用構造函數/析構函數
• 6.對數組的處理
• 7.new與malloc是否能夠相互調用
• 8.是否能夠被重載
• 9. 可以直觀地從新分配內存
• 10. 客戶處理內存分配不足

• new是運算符，malloc是C語言庫函數
• new能夠重載，malloc不能重載
• new的變量是數據類型，malloc的是字節大小
• new能夠調用構造函數，delete能夠調用析構函數，malloc/free不能
• new返回的是指定對象的指針，而malloc返回的是void*，所以malloc的返回值通常都須要進行類型轉化
• malloc分配的內存不夠的時候可使用realloc擴容，new沒有這樣的操做
• new內存分配失敗拋出bad_malloc，malloc內存分配失敗返回NULL值

2. 虛函數與多態：Harttle Land

3. static：疾風中的勁草

修飾全局函數時會 限制其做用域只在本文件內

4. 指針和引用的區別

• 指針保存的是指向對象的地址，引用至關於變量的別名
• 引用在定義的時候必須初始化，指針沒有這個要求
• 指針能夠改變地址，引用必須從一而終
• 不存在空應引用，可是存在空指針NULL，相對而言引用更加安全
• 引用的建立不會調用類的拷貝構造函數

4. 函數重載

在同一個做用域內，能夠聲明幾個功能相似的同名函數，但同名函數的形式參數（指參數的個數、類型或者順序）必須不一樣。不能僅返回類型不一樣來重載函數

5 C++內存分配(堆棧)

1. 棧：是分配給函數局部變量的存儲單元，函數結束後，該變量的存儲單元自動釋放，效率高，分配的空間有限。

2. 堆：由new建立，由delete釋放的動態內存單元。若是用戶不釋放該內存，程序結束時，系統會自動回收。

3. 自由存儲區：由new建立，由delete釋放的動態內存單元，與堆相似。

4. 全局（靜態）存儲區：全局變量和靜態變量佔一塊內存空間。

5. 常量存儲區：存儲常量，內容不容許更改。

堆和棧的區別

實例程序

 1 //main.cpp    
 2 int a = 0;   //全局初始化區    
 3 char *p1;   //全局未初始化區    
 4 int main()
 5 {
 6     int b;   //棧
 7     char s[] = "abc"; //棧
 8     char *p2;  //棧
 9     char *p3 = "123456";   //123456 / 0在常量區，p3在棧上。
10     static int c = 0;   //全局（靜態）初始化區
11     p1 = (char*)malloc(10);
12     p2 = (char*)malloc(20);
13     //分配得來得10和20字節的區域就在堆區。
14     strcpy(p1, "123456");   //123456 / 0放在常量區，編譯器可能會將它與p3所指向的"123456"優化成一個地方。
15 }

• 申請方式

  • 棧：由系統自動分配。例如，聲明在函數中一個局部變量 int b; 系統自動在棧中爲b開闢空間

  • 堆：須要程序員本身申請，並指明大小，在c中malloc函數

    如p1 = (char *)malloc(10);
    在C++中用new運算符
    如p2 = new char[10];
    可是注意p一、p2自己是在棧中的。

• 申請後系統的響應

  • 棧：只要棧的剩餘空間大於所申請空間，系統將爲程序提供內存，不然將報異常提示棧溢出。

  • 堆：首先應該知道操做系統有一個記錄空閒內存地址的鏈表，當系統收到程序的申請時會遍歷該鏈表，尋找第一個空間大於所申請空間的堆結點，而後將該結點從空閒結點鏈表中刪除，並將該結點的空間分配給程序，另外，對於大多數系統，會在這塊內存空間中的首地址處記錄本次分配的大小，這樣，代碼中的delete語句才能正確的釋放本內存空間。另外，因爲找到的堆結點的大小不必定正好等於申請的大小，系統會自動的將多餘的那部分從新放入空閒鏈表中。

• 申請大小的限制

  • 棧：在Windows下,棧是向低地址擴展的數據結構，是一塊連續的內存的區域。這句話的意思是棧頂的地址和棧的最大容量是系統預先規定好的，在WINDOWS下，棧的大小是2M（也有的說是1M，總之是一個編譯時就肯定的常數），若是申請的空間超過棧的剩餘空間時，將提示overflow。所以，能從棧得到的空間較小。

  • 堆：堆是向高地址擴展的數據結構，是不連續的內存區域。這是因爲系統是用鏈表來存儲的空閒內存地址的，天然是不連續的，而鏈表的遍歷方向是由低地址向高地址。堆的大小受限於計算機系統中有效的虛擬內存。因而可知，堆得到的空間比較靈活，也比較大。

• 申請效率的比較：

  • 棧: 由系統自動分配，速度較快。但程序員是沒法控制的。

  • 堆: 是由new分配的內存，通常速度比較慢，並且容易產生內存碎片,不過用起來最方便.另外，在WINDOWS下，最好的方式是用VirtualAlloc分配內存，他不是在堆，也不是在棧是直接在進程的地址空間中保留一塊內存，雖然用起來最不方便。可是速度快，也最靈活。

• 堆和棧中的存儲內容

  • 棧：在函數調用時，第一個進棧的是主函數中後的下一條指令（函數調用語句的下一條可執行語句）的地址，而後是函數的各個參數，在大多數的C編譯器中，參數是由右往左入棧的，而後是函數中的局部變量。注意靜態變量是不入棧的。當本次函數調用結束後，局部變量先出棧，而後是參數，最後棧頂指針指向最開始存的地址，也就是主函數中的下一條指令，程序由該點繼續運行。

  • 堆：通常是在堆的頭部用一個字節存放堆的大小。堆中的具體內容由程序員安排。

• 存取效率的比較

  • 堆：由C/C++函數庫提供，機制很複雜。因此堆的效率比棧低不少。

  • 棧：是系統提供的數據結構，計算機在底層對棧提供支持，分配專門寄存器存放棧地址，棧操做有專門指令。

6.  構造函數不能爲虛函數而析構函數能夠：woyaowenzi

• 虛函數的執行依賴於虛函數表。而虛函數表須要在構造函數中進行初始化工做，即初始化vptr，讓他指向正確的虛函數表。而在構造對象期間，虛函數表尚未被初始化，將沒法進行。
• 在類的繼承中，若是有基類指針指向派生類，那麼用基類指針delete時，若是不定義成虛函數，派生類中派生的那部分沒法析構。

7. 內存泄漏： 內存泄漏並不是指內存在物理上消失，而是應用程序分配某段內存後，因爲設計錯誤，致使在釋放該段內存以前就失去了對該段內存的控制，從而形成了內存的浪費。

• 程序員要養成良好習慣，保證malloc/new和free/delete匹配；
• 檢測內存泄漏的關鍵原理就是，檢查malloc/new和free/delete是否匹配，一些工具也就是這個原理。要作到這點，就是利用宏或者鉤子，在用戶程序與運行庫之間加了一層，用於記錄內存分配狀況。

8. 純虛函數

　　一、純虛函數聲明以下： virtual void funtion1()=0; 純虛函數必定沒有定義，純虛函數用來規範派生類的行爲，即接口。包含純虛函數的類是抽象類，抽象類不能定義實例，但能夠聲明指向實現該抽象類的具體類的指針或引用。
　　二、虛函數聲明以下：virtual ReturnType FunctionName(Parameter)；虛函數必須實現，若是不實現，編譯器將報錯，錯誤提示爲：
error LNK****: unresolved external symbol "public: virtual void __thiscall ClassName::virtualFunctionName(void)"
　　三、對於虛函數來講，父類和子類都有各自的版本。由多態方式調用的時候動態綁定。
　　四、實現了純虛函數的子類，該純虛函數在子類中就變成了虛函數，子類的子類即孫子類能夠覆蓋該虛函數，由多態方式調用的時候動態綁定。
　　五、虛函數是C++中用於實現多態(polymorphism)的機制。核心理念就是經過基類訪問派生類定義的函數。

9. 靜態，動態連接

• 靜態連接
  所謂靜態連接就是在編譯連接時直接將須要的執行代碼拷貝到調用處，優勢就是在程序發佈的時候就不須要依賴庫，也就是再也不須要帶着庫一塊發佈，程序能夠獨立執行，可是體積可能會相對大一些。
• 動態連接
  所謂動態連接就是在編譯的時候不直接拷貝可執行代碼，而是經過記錄一系列符號和參數，在程序運行或加載時將這些信息傳遞給操做系統，操做系統負責將須要的動態庫加載到內存中，而後程序在運行到指定的代碼時，去共享執行內存中已經加載的動態庫可執行代碼，最終達到運行時鏈接的目的。優勢是多個程序能夠共享同一段代碼，而不須要在磁盤上存儲多個拷貝，缺點是因爲是運行時加載，可能會影響程序的前期執行性能

10. 內存對齊

對齊單位(有效對齊值)：min(#pragma pack(n), 結構體中最長數據類型大小)

(1) offset對齊：結構體第一個成員的偏移量（offset）爲0，之後每一個成員相對於結構體首地址的 offset 都是該成員大小與有效對齊值中較小那個的整數倍，若有須要編譯器會在成員之間加上填充字節。

(2) 總體對齊：結構體的總大小爲有效對齊值的整數倍，若有須要編譯器會在最末一個成員以後加上填充字節。

爲何要對齊？大部分處理器並非按單字節來存取內存的。它通常會以2字節, 4字節, 8字節, 16字節甚至32字節爲單位(存取粒度)來存取內存

若是隨意存放，則會帶來沒必要要的存取開銷，處理器須要按存取粒度讀取，剔除沒必要要的字節後進行合併

結論：編碼中定義結構體時須要考慮成員變量定義的前後順序

 

11. 靜態綁定和動態綁定(多態基礎)

對象的靜態類型：對象在聲明時採用的類型。是在編譯期肯定的。

對象的動態類型：目前所指對象的類型。是在運行期決定的。對象的動態類型能夠更改，可是靜態類型沒法更改。

 1 class B{
 2 }
 3 class C : public B{
 4 }
 5 class D : public B{
 6 }
 7 D* pD = new D();//pD的靜態類型是它聲明的類型D*，動態類型也是D*
 8 B* pB = pD;//pB的靜態類型是它聲明的類型B*，動態類型是pB所指向的對象pD的類型D*
 9 C* pC = new C();
10 pB = pC;//pB的動態類型是能夠更改的，如今它的動態類型是C*

靜態綁定：綁定的是對象的靜態類型，某特性（好比函數）依賴於對象的靜態類型，發生在編譯期。

動態綁定：綁定的是對象的動態類型，某特性（好比函數）依賴於對象的動態類型，發生在運行期。

只有虛函數使用的是動態綁定，其餘的所有是靜態綁定

絕對不要從新定義繼承而來的非虛(non-virtual)函數（《Effective C++ 第三版》條款36），由於這樣致使函數調用由對象聲明時的靜態類型肯定了，而和對象自己脫離了關係，沒有多態

 1 class B
 2 {
 3     void DoSomething();
 4     virtual void vfun();
 5 }
 6 class D : public B
 7 {
 8     void DoSomething();//首先說明一下，這個子類從新定義了父類的no-virtual函數，這是一個很差的設計，會致使名稱遮掩；這裏只是爲了說明動態綁定和靜態綁定才這樣使用。
 9     virtual void vfun();
10 }
11 D* pD = new D();
12 B* pB = pD;

pD->DoSomething()和pB->DoSomething()調用的是同一個函數嗎？
不是，雖然pD和pB都指向同一個對象。由於函數DoSomething是一個no-virtual函數，它是靜態綁定的，也就是編譯器會在編譯期根據對象的靜態類型來選擇函數。pD的靜態類型是D*，那麼編譯器在處理pD->DoSomething()的時候會將它指向D::DoSomething()。同理，pB的靜態類型是B*，那pB->DoSomething()調用的就是B::DoSomething()。

讓咱們再來看一下，pD->vfun()和pB->vfun()調用的是同一個函數嗎？
是的。由於vfun是一個虛函數，它動態綁定的，也就是說它綁定的是對象的動態類型，pB和pD雖然靜態類型不一樣，可是他們同時指向一個對象，他們的動態類型是相同的，都是D*，因此，他們的調用的是同一個函數：D::vfun()。

上面都是針對對象指針的狀況，對於引用（reference）的狀況一樣適用。

絕對不要從新定義一個繼承而來的virtual函數的缺省參數值，由於缺省參數值都是靜態綁定（爲了執行效率），而virtual函數倒是動態綁定《Effective C++ 第三版》 條款37

 

參考自：

C++內存分配

吳秦

hackbuteer1

內存對齊

動態綁定