C++面经

学习视频参考

1 面向对象的三大特征

1.1 封装

1.1.1 目的

隐藏实现细节，实现模块化。

1.1.2 特性

访问权限：

public：可以给所有对象访问。
protected：仅对子类开放。
private：仅对自己开放，可以通过友元进行访问。

能够对属性和方法进行限定。

1.2 继承

1.2.1 目的

在不修改原有类的情况下，通过继承实现功能的扩展。

1.2.2 特性

解决基类成员在子类中的最高权限

public：基类中的属性和方法原来是什么权限，在子类就还是什么权限。
protected：基类中的public权限在子类中会变成protected权限。
private：基类中的public和protected权限会变成private权限。解决基类成员在子类中的最高权限

注意基类的private权限在子类中存在但不能访问。

子类可以通过using修改基类在子类中的权限，这样就可以访问基类中private权限下的属性和方法。

多继承，C++可以继承多个父类。

接口继承，存虚函数。

1.3 多态

1.3.1 目的

一个接口多种形态，通过实现接口重用，增强可扩展性。

1.3.2 特性

静态多态

指编译器的多态。
函数重载：同样的函数名不同的参数。

动态多态

指运行时的多态。
通过虚函数重写的方式实现。
基类中有虚函数，子类通过重写基类的虚函数来实现多态。
基类* p = new 子类；通过这种方式实现多态。

2 多态的实现原理

2.1 静态多态

2.1.1 函数重载

允许同一作用域中声明多个功能类似的同名函数。
其参数列表，参数个数，参数类型，参数顺序有所不同。
不能通过返回值类型来区别函数重载。

2.1.2 原理

编译过程中

预编译：把头文件中的函数声明拷贝到源文件当中去。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。
汇编：生成函数名和函数地址之间的映射。方便之后通过函数名找到函数定义位置，从而执行函数。
链接：将多个文件中的符号表汇总合并。

通过函数名修饰达成函数重载的目的。

函数名修饰：在符号汇总中，相同函数名在符号表中的符号是不同的一般是函数名+有规则的前后缀。所以是编译器的多态。

2.2 动态多态

2.2.1 虚函数重写

虚函数重写，运行时确定。

在基类的函数前+virtual关键字，在基类中重写该函数。
运行时会根据对象的类型来调用相应的函数。
如果对象的类型是基类，就调用基类的函数。
如果对象的类型是子类，就调用子类的函数。

2.2.2 原理

早绑定：编译器编译时已经确定了调用对象的函数地址。
晚绑定：使用virtual函数，为类生成虚函数表—一个一维数组，存放了虚函数地址。类对象构造时会初始化该虚函数表指针。其中，虚函数表指针放在类的最前面的8个字节，指向虚函数表，虚函数表中存放类的虚函数地址。

3 菱形继承

3.1 什么是菱形继承

前提：C++具备其他语言所没有的多重继承特性。
原因：一个子类可以继承多个父类，而这些父类可能继承至相同的父类，这样就会造成菱形继承。

3.2 菱形继承有什么样的问题

一个类C，继承B1，B2，而B1，B2又继承至同一个类A。

那么构造类C的时候，我们的B1，B2是分别构造了自己的类A还是构造了不同的类A。也就是C的背后是有一个A还是有两个A？

一般情况下是构造了两个类A 这样就出现了如下的问题：

造成存储空间的浪费。
二义性。

3.3 解决方案

虚继承：

目的：使得子类C只继承一次A。
方法：继承的时候带上virtual关键字。
原理：通过虚表偏移来实现虚继承。父类的虚指针都有到共同基类的偏移量，从而让子类多继承时能指向同一个父类的父类。

感觉这个菱形继承一般不会有什么人用吧，毕竟其他语言也没有多继承这种东西。

4 override和final

C++11中引入这两个关键字

4.1 引入原因

虚函数复写：1、不能阻止某个虚函数的进一步复写。2、本意是写一个新函数，结果复写了基类的虚函数。3、本意是重写虚函数，但是由于签名不一样导致子类中重新构建了一个虚函数。
类继承：不能阻止某个类的进一步派生。

4.2 override

指定子类的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体相同的签名。

解决虚函数复写中的3号问题。

4.3 final

指定某个类不能被派生。
指定某个虚函数不能再派生类中被覆写。

解决其他问题。

5 类型推导用法

5.1 类型：

模板参数类型的推导。
auto。
decltype。

5.2 为什么要引入类型推导

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。

5.3 auto

5.3.1 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。

5.3.2 规则：

auto变量必须在定义时进行初始化。
如果用auto定义多个变量，那么这些变量必须是同一类型。
类型推导时会丢失引用&或者丢失const和volitte语义。
保留引用或者cv语义，用auto &。
万能引用使用auto &&。根据初始值的属性来判断是左值引用还是右值引用。
auto不能推导数组类型，推导的是数组头部指针。
C++14中auto可以推导函数的返回类型。

5.3.3 应用：

尽量使用auto声明变量，除非影响可读性。
使用容器时，迭代器很长。
匿名函数返回值。
模板函数中使用auto，节约模板参数类型。

5.4 decltype

5.4.1 原理

decltype用于推导表达式的类型，只分析表达式而不参与运算。

5.4.2 规则

exp是一个普通的表达式，推导表达式类型。
exp是函数调用，推导函数返回值类型。
exp是一个左值，推导左值引用。

5.4.3 应用

泛型编程

6 function，lambda和bind

function：类模板。
lambda：表达式。
bind：函数适配器。

6.1 function

C++11以前，保存函数地址用的是和C语言一样的方式—函数指针。于是C++11就引入了std::function类模板。

6.1.1 function是什么

function是一个抽象了函数参数以及函数返回值的一个类模板。

6.1.2 function原理

function把任意函数包装成一个对象，该对象可以保存，传递以及复制。
动态绑定，只需修改改对象（赋值不同的function对象），实现类似多态的效果。

6.1.3 function用途

保存普通函数，类的静态成员函数。
保存仿函数（函数对象）。
保存类的成员函数。
保存lambda表达式。
保存bind返回的函数对象。

6.2 仿函数（函数对象）

6.2.1 仿函数是什么

重载了operator（）的类。

6.2.2 仿函数的特征

可以有状态（成员变量存储状态）。
有状态的函数称之为闭包。

6.3 lambda表达式

6.3.1 lambda表达式是什么

一种方便创建匿名函数对象的语法糖。

6.3.2 lambda的构成

[]：捕获列表。捕获外部变量转为类的成员变量。
值捕获：访问匿名函数的外部变量，默认只读，不能修改，使用mutable可以可读可写，这样就不会修改外部变量的值。
引用捕获：可读可写，会修改外部变量的值。
()：参数列表。
->：指定返回值。可省略，有类型推导。
{}：函数的具体实现。

6.3.3 lambda原理

将lambda表达式转变为一个函数对象。
将lambda的参数列表重载operator()，类似仿函数。

6.4 bind函数适配器

6.4.1 bind函数适配器是什么

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，实现灵活的参数绑定。

6.4.2 bind函数适配器的特征

绑定函数以及函数参数，从而构成一个函数对象
允许修改参数顺序

函数对象是一个闭包
function是用来描述函数对象的类型。
lambda是生成一个能访问外部变量的函数对象。
bind是生成一个能够和参数函数对象。

7 继承下的构造函数和析构函数的执行顺序

构造：按照依赖链，越强越先。
析构：按照依赖链，越弱越先。

单继承中：

成员类按顺序构造，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：

成员类按顺序构造，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。
基类按照声明顺序构造，按相反顺序析构。

8 虚函数表和虚函数表指针的创建时机

先产生虚函数表，每个对象都有虚函数表指针。

8.1 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器编译的时候就已经生成了。
虚函数表存放在全局数据区中的只读数据段中。
虚函数表是存放虚函数地址的数组。

8.2 虚函数表指针的创建时机

对象构造的时候，在构造函数，将虚函数表的地址赋值给对象的虚函数指针。
如果类没有构造函数，编译器会为该类自动生成一个默认构造函数，从而为类对象初始化虚函数指针。

继承下，虚函数表指针赋值过程：

调用基类构造函数时，先将基类的虚函数表指针地址赋值给vptr。
接着调用子类的构造函数时，将子类的虚函数表地址赋值给vptr。也就是覆盖上面一步的vptr。

9 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。
场景：子类对象指针赋值给基类指针，在调用析构函数时，子类的析构函数不会被调用。
在C++看来，设计某个类的时候，不一定是基类
如果是基类，我们应该手动的将基类的析构函数设置为虚函数。

10 智能指针种类以及使用场景

10.1 指针管理的困境

资源释放了，指针没有置空。野指针：只有一个指针指向资源。指针悬挂：多个指针指向同一个资源。踩内存。
资源忘记释放了。
重复释放资源。

10.2 解决

智能指针采用RAII思想来自动化管理指针所指向的动态资源的释放。

RAII主要利用了对象的生命周期来控制程序资源。

智能指针利用类的构造函数和析构函数来管理资源。

10.3 智能指针的种类

10.3.1 shared_ptr

解决指针悬挂问题。

语义：共享所有权。资源没有明确的拥有者。
原理：引用技术。
场景：容器中管理指针。资源通过函数传递。
使用规范：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来构造智能指针。不要通过get来操作裸指针。不要用一个指针构造多个智能指针对象。不要用类对象this作为shared_ptr返回。