C++面试高频问题汇总( 一)

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参考：
作者：小王同学在积累链接：https://www.zhihu.com/question/440248845/answer/1698042313
作者：二进制架构链接：https://www.zhihu.com/people/binarch/posts?page=2

1. 面向对象

`struct和class有什么区别`

在C++中，struct和class的唯一区别是默认的访问控制。struct默认的成员是public的，而class的默认成员是private的

1.1 封装

C++面向对象的三大特性为：封装、继承、多态。C++认为万事万物都皆为对象，对象上有其属性和行为

什么是封装

将属性和行为作为一个整体，表现生活中的事物。将属性和行为加以权限控制
封装意义：
- 在设计类的时候，属性和行为写在一起，表现事物。
- 类在设计时，可以把属性和行为放在不同的权限下，加以控制。
- 访问权限有三种：public 公共权限；protected 保护权限；private 私有权限

1.2 继承

什么是继承？

有些类与类之间存在特殊的关系，比如动物类和猫类。我们发现，定义这些类时，下级别的成员除了拥有上一级的共性，还有自己的特性。这个时候我们就可以考虑利用继承的技术，减少重复代码

1.3 多态

1.3.1 什么是多态？

多态分为两类：

静态多态: 函数重载和运算符重载属于静态多态，复用函数名
动态多态: 派生类和虚函数实现运行时多态

静态多态和动态多态区别：

静态多态的函数地址早绑定 - 编译阶段确定函数地址
动态多态的函数地址晚绑定 - 运行阶段确定函数地址

多态需满足的条件：

有继承关系，子类重写父类中的虚函数
多态使用条件：父类指针或引用指向子类对象

1.3.2 虚函数作用和意义

虚函数：虚函数是用于支持动态多态性的一种机制。如果一个类中声明了虚函数，那么在派生类中可以覆盖这个函数。在运行时，调用对象的虚函数会根据对象的实际类型来决定调用哪个函数。

1.3.3 什么是纯虚函数和抽象类

在多态中，通常父类中虚函数的实现是毫无意义的，主要都是调用子类重写的内容，因此可以将虚函数改为纯虚函数。

纯虚函数语法：virtual 返回值类型函数名（参数列表）= 0 ;
当类中有了纯虚函数，这个类也称为抽象类。
抽象类特点：无法实例化对象，子类必须重写抽象类中的纯虚函数，否则也属于抽象类。

2. STL

2.1 什么是STL 其创建目的是什么

软件界一直希望建立一种可重复利用的东西。C++的面向对象和泛型编程思想，目的就是复用性的提升。大多数情况下，数据结构和算法都未能有一套标准，导致被迫从事大量重复工作。为了建立数据结构和算法的一套标准，诞生了STL。

2.2 STL的基本概念以及组成

STL(Standard Template Library，标准模板库)。STL几乎所有的代码都采用了模板类或者模板函数。
STL大体分为六大组件，分别是：容器、算法、迭代器、仿函数、适配器(配接器)、分配器。

2.3 请简单介绍STL的六大组件

容器：各种数据结构，如vector、list、deque、set、map等，用来存放数据。
算法：各种常用的算法，如sort、find、copy、for_each等。
迭代器：扮演了容器与算法之间的胶合剂。可以通过迭代器来遍历容器
仿函数：是一个可执行的对象，类型重载了operator()()运算符。
适配器：适配器是一种设计模式。主要起到将不同的接口统一起来的作用。STL中的容器适配器如stack和queue，通过调用容器的接口，实现适配器所需的功能。
分配器：主要用于内存的分配与释放。一般容器都会自带默认分配器，很少会自己实现分配器。

2.4 什么是STL容器，常用的容器有哪些

容器：存放数据的地方。STL容器就是将运用最广泛的一些数据结构实现出来。常用的数据结构：数组、链表、树、栈、队列、集合、映射表 等

2.4 请简单介绍vector容器，其底层是怎么实现的

vector数据结构和数组非常相似，也称为单端数组。vector与普通数组区别：不同之处在于数组是静态空间，而vector可以动态扩展。
vector底层使用动态数组来存储元素对象，同时使用size和capacity记录当前元素的数量和当前动态数组的容量。如果持续的push_back(emplace_back)元素，当size大于capacity时，需要开辟一块更大的动态数组，并把旧动态数组上的元素搬移到当前动态数组，然后销毁旧的动态数组。

2.5 push_back做了哪些操作，复杂度如何

push_back()用于在vector的末尾添加一个元素。如果当前的容量不足以容纳新的元素，那么vector的容量将会翻倍（1.5~2倍），这需要分配新的内存空间并将现有元素复制到新的位置，这是一个O(n)的操作。但是，如果考虑到每个元素平均被复制的次数，push_back()的平摊时间复杂度是O(1)。

2.6 有没有什么好的办法提升vector连续插入效率

如果知道数据的大概量，我们可以使用reserve方法直接为vector扩容这个量级。这样在后续的数据插入时就不会因为频繁的capacity被用尽而导致的多次的数据搬移，从而提升vector插入效率

2.7 push_back和emplace_back有什么区别

为什么emplace_back效率更高?

push_back()会创建一个新的对象然后复制到vector中，而emplace_back()则是在vector中直接构造对象，这可以避免不必要的复制或移动操作。

2.8 请简单介绍一些set和map

std::set是一个有序的集合，其中的元素是唯一的，即每个元素只能出现一次。一般用于去重和自动排序。
std::map同样是有序组合，只不过它不止有key，每个key还对用一个value。其中key是唯一，不可重复，但是value却没有限制。key/value也被称为键值对

他们底层使用什么数据结构存储数据的吗？

两者都是使用红黑树作为底层的数据结构。红黑树是一种自动平衡的二叉树，它确保插入、删除和查找操作的时间复杂度都是O(log n)。是高效的查找树

2.9 map[key]和map.at(key)的区别

当map中不存在某个key时，map[key]操作会在map中增加一个键值对，键名为key，值是传入的value类型的默认值。而map.at(key)会报错，查找时更安全。

2.10 查询而言，是vector快还是map快

vector的查询的时间复杂度是O(n)，而map是O(logn)。如果在数据集很大的时候，当然是map快一些。但当数据量没那么大的时候（少于1000条记录），vector要比map查询速度快。原因我们在之前的面试文章中讲过，vector内存连续，缓存更友好。map底层是红黑树，内存并不连续。

3.指针

什么是指针

指针的作用：可以通过指针间接访问内存。
内存编号是从0开始记录的，一般用十六进制数字表示。
可以利用指针变量保存地址。

3.1 指针所占内存空间

在32位操作系统下，不管什么类型的指针都占4个字节的内存。
在64位操作系统下，不管什么类型的指针都占8个字节的内存，但是实际开发环境一般都是32位操作系统

3.2 什么是空指针和野指针

空指针：指针变量指向内存中编号为0的空间（0，NULL，nullptr）。用途：初始化指针变量。空指针指向的内存是不可以访问的。
野指针：指针变量指向非法的内存空间。野就是状态未知的。它可能指向一块未知的区域：

0/NULL/nullptr三者之间的区别？

虽然三者都能定义空指针，但三者类型不同。0是int类型，NULL在g++下是一个宏定义，而nullptr是有类型的；建议使用nullptr定义空指针，因为它时有类型的，编译器能够对它进行类型检查。

3.3 如何解决空指针、野指针带来的问题

在解引用指针之前，要判断指针是否为空。（解决空指针解引用问题）
对于定义的指针，一定要进行初始化（=nullptr）。（解决野指针问题）
对于释放过内容的指针，立即将指针置为nullptr。（解决垂悬指针、指针二次释放问题）
要注意长生命周期的指针不能指向短生命周期的对象。（解决垂悬指针问题）
C++11之后使用智能指针

3.4 什么是智能指针？有哪些智能指针？

智能指针是C++11引入的类模板，用于管理资源，行为类似于指针，但不需要手动申请、释放资源，所以称为智能指针。有三种智能指针，分别是shared_ptr、unique_ptr、和weak_ptr 。

3.5 这三种智能指针有什么不同和用途

shared_ptr使用了引用计数（use count）技术，当复制个shared_ptr对象时，被管理的资源并没有被复制，而是增加了引用计数。当析构一个shared_ptr对象时，也不会直接释放被管理的的资源，而是将引用计数减一。当引用计数为0时，才会真正的释放资源。shared_ptr可以方便的共享资源而不必创建多个资源。
unique_ptr则不同。unique_ptr独占资源，不能拷贝，只能移动。移动过后的unique_ptr实例不再占有资源。当unique_ptr被析构时，会释放所持有的资源。
weak_ptr可以解决shared_ptr所持有的资源循环引用问题。weak_ptr在指向shared_ptr时，并不会增加shared_ptr的引用计数。所以weak_ptr并不知道shared_ptr所持有的资源是否已经被释放。这就要求在使用weak_ptr获取shared_ptr时需要判断shared_ptr是否有效。

4 static和const

4.1 static和const的关键用法

satic关键字主要用在以下三个方面：
- 1.用在全局作用域，修饰的变量或者函数为静态的，限制在本文件内使用。
- 2.方法内修饰修饰静态局部变量，在第一次访问的时候初始化。只能在本文件内使用。
- 3.内类修饰成员函数和成员变量，此函数或变量由类持有，而非类的对象持有。
const关键字主要也有三个用途：
- 1.修饰函数参数，则在函数内部不可以修改此参数。
- 2.修饰类的成员方法，表面此方法不会更改类对象的任何数据。
- 3.修饰变量，表明变量不可以被修该。