C++ 面试题01

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1. C 和 C++ 有什么区别？

C 是面向过程的语言，主要就是函数和结构体；C++ 在 C 基础上加了面向对象、模板、异常、STL 这些。说白了 C++ 更“重”，但能力也更多，能做抽象和复用。C++ 基本兼容 C，不过像类型转换、const 这些地方 C++ 会更严格。

2. 指针和引用有什么区别？

指针是一个变量，它自己占内存，存的是别人的地址；引用是别人的别名，不占额外空间。引用必须初始化，之后不能再改指向；指针可以空，也可以指向不同的对象。用起来引用更安全一点，指针更灵活。

3. const 有什么用？

const 就是“只读”的意思。修饰变量表示不能改；修饰函数参数表示函数里不改这个参数；修饰成员函数表示这个函数不能修改成员变量。它主要帮编译器检查错误，也方便别人读代码。

4. static 的作用是什么？

static 在不同地方意思不一样。局部静态变量只初始化一次，生命周期到程序结束；全局静态变量或函数限制只能在本文件用；类里的静态成员属于整个类，所有对象共享，不依赖具体对象。

5. volatile 是什么？

volatile 告诉编译器：这个变量可能随时被外部改变，不要把它优化成寄存器或直接缓存。比如硬件寄存器、信号处理里的标志位会用。注意它不保证原子性，也不等于线程安全。

6. extern “C” 是干嘛的？

C++ 有函数名修饰，比如参数类型不同，编译出来的符号名会不一样。extern “C” 就是告诉编译器这段代码按 C 的规则生成符号，方便 C 和 C++ 互相调用。一般用在跨语言接口或者动态库导出。

7. 宏定义和内联函数有什么区别？

宏是预处理器直接文本替换，没有类型检查，容易出优先级问题；内联函数是编译期展开，有类型检查，也更好调试。所以能用内联函数、const 常量，就尽量少用宏。

8. sizeof 和 strlen 有什么区别？

sizeof 是运算符，编译期就能算出来变量或类型占多少字节；strlen 是函数，运行时才去数字符串到 ‘\0’ 为止的长度。char buf[10] 里存 “abc”，sizeof(buf) 是 10，strlen(buf) 是 3。

9. i++ 和 ++i 有什么区别？

i++ 会返回旧值，一般要临时变量存一下；++i 返回新值，通常是引用。对于 int 这种内置类型编译器会优化，但如果是类对象，i++ 可能多一次拷贝，所以写循环尽量用 ++i。

10. 结构体和联合体有什么区别？

结构体每个成员都有自己独立的内存；联合体所有成员共享同一块内存，同一时间只能存一个成员。所以联合体省内存，但用的时候要小心覆盖问题。

11. 位域是什么？

位域就是让一个结构体里的成员可以占指定位数，比如一个 int 只用 3 个 bit，用来节省空间。不过它的布局和可移植性比较差，一般用在协议头、寄存器映射这种场景。

12. 什么是大小端？

大端是高字节放低地址，小端是低字节放低地址。比如 0x1234，小端在内存里就是 34 12。网络字节序一般是大端，x86 一般小端，所以网络编程经常要转换字节序。

13. 函数指针和回调函数是什么？

函数指针就是指向函数的指针，能像普通变量一样传参、调用。回调函数就是把一个函数指针传给另一个函数，让它在合适的时候调回来，比如事件通知、排序比较函数。

14. C++ 四种类型转换是什么？

static_cast 做编译期明确转换，像 int 转 double；dynamic_cast 做多态下的安全向下转换，会运行时检查；const_cast 去掉或加上 const；reinterpret_cast 重新解释底层 bit，非常不安全，一般只在底层用。

15. nullptr 和 NULL 有什么区别？

NULL 通常就是 0，在重载的时候可能会被当成 int；nullptr 有自己的类型 nullptr_t，只能转成指针，所以更安全。C++11 以后都推荐用 nullptr。

16. 栈和堆有什么区别？

栈由系统自动分配和释放，速度快，但空间小，一般存局部变量；堆由程序员手动申请和释放，空间大，但容易造成内存泄漏和碎片。栈地址一般从高向低增长，堆从低向高增长。

17. malloc/free 和 new/delete 有什么区别？

malloc/free 是函数，只负责分配和释放内存；new/delete 是运算符，除了内存还会调用构造和析构函数。new 失败会抛异常，malloc 失败返回 NULL。C++ 里尽量用 new/delete。

18. new 底层做了什么？

new 先调用 operator new 分配一块原始内存，然后在这块内存上调用构造函数构造对象。如果构造失败，会释放已分配的内存并抛异常。operator new 也可以重载来做内存池之类的事情。

19. 内存对齐是什么？

CPU 访问对齐的数据更快，所以编译器会在成员之间加一些填充，让每个成员的地址是它自身大小的整数倍。这会导致结构体大小比成员大小之和更大。可以用 #pragma pack 修改，但可能影响性能。

20. 什么是内存泄漏？怎么检测？

内存泄漏就是堆上申请的内存没释放，程序的可用内存越来越少。检测可以用 valgrind、AddressSanitizer 这类工具，或者自己写内存池统计。C++ 里尽量用智能指针避免泄漏。

21. 野指针和悬空指针有什么区别？

野指针是没有初始化的指针，指向随机地址；悬空指针是原来指向的内存被释放了，但指针还保存着那个地址。两个都很危险，访问都可能崩溃，用之前要确保指针有效。

22. 智能指针有哪几种？分别怎么用？

unique_ptr 独占所有权，不能拷贝只能移动；shared_ptr 多个指针共享一个对象，靠引用计数管理，计数归零就释放；weak_ptr 是弱引用，不增加引用计数，用来观察 shared_ptr，主要解决循环引用问题。

23. shared_ptr 循环引用怎么解决？

两个对象互相持有对方的 shared_ptr，引用计数永远不会变成 0，就泄漏了。解决办法是其中一方改成 weak_ptr，因为 weak_ptr 不增加计数，打破循环。

24. RAII 是什么？

RAII 就是资源获取即初始化。把资源的获取和释放绑定到对象的生命周期：构造时获取，析构时释放。比如智能指针、文件流、互斥锁都用这个思想，能有效避免忘记释放。

25. 深拷贝和浅拷贝有什么区别？

浅拷贝只拷贝指针，不拷贝指针指向的内容，多个对象指向同一块内存，容易 double free；深拷贝会新开辟内存，把内容也复制一份，两个对象互不影响。带动态内存的类通常要自己写深拷贝。

26. 构造函数可以是虚函数吗？析构函数为什么建议虚？

构造函数不能是虚函数，因为构造的时候对象还没完全建立，虚表指针还没准备好。析构函数建议虚，是因为用基类指针 delete 派生类对象时，如果析构不是虚，只会调基类析构，派生类资源没释放，行为未定义。

27. 虚函数机制是怎么实现的？

编译器会给有虚函数的类生成一个虚表，里面存各个虚函数的地址；每个对象里有一个虚表指针，指向这个虚表。调用虚函数时，先通过虚表指针找到虚表，再找函数地址，所以是运行时多态。

28. 纯虚函数和抽象类是什么？

纯虚函数就是只声明不实现的虚函数，写法是后面加 = 0。有纯虚函数的类叫抽象类，不能实例化，只能被继承，派生类必须实现这些纯虚函数，否则也变成抽象类。一般用来定义接口。

29. 多重继承和虚继承是怎么回事？

多重继承就是一个类继承多个父类。如果多个父类有共同基类，会出现菱形继承，导致最底层类里有多个基类子对象。虚继承就是让这些子对象只保留一份，解决二义性。

30. 怎么实现一个不能被继承的类？

C++11 直接用 final 关键字最简单。老办法是把构造函数私有，然后提供一个静态工厂方法返回对象，但这样类也没法直接栈上创建，使用上会受限。

31. 重载、重写、隐藏有什么区别？

重载是同一个作用域里，函数名相同但参数不同；重写是派生类覆盖基类的虚函数，参数和返回类型要一致；隐藏是派生类定义了同名函数，不管参数一不一样，只要不是虚函数重写，就把基类函数隐藏了。

32. 拷贝构造函数什么时候调用？

用一个已有对象初始化新对象时会调用，比如 Foo b = a; 另外按值传参、按值返回对象的时候也可能调用。不过返回值可能会有编译器优化，比如 RVO 直接构造到目标位置。

33. 默认会生成哪些成员函数？

C++11 以前默认生成：默认构造、拷贝构造、拷贝赋值、析构函数。C++11 以后还会默认生成移动构造和移动赋值，但如果你显式声明了拷贝构造、拷贝赋值或析构函数，移动版本就不会自动生成。

34. 移动构造和移动赋值是什么？

移动构造就是从一个右值对象“偷”资源，把指针直接转移过来，源对象置空，避免深拷贝。移动赋值类似，只是先释放自己的资源再偷别人的。一般配合 std::move 使用。

35. 单例模式怎么保证线程安全？

最常用的是局部静态变量写法：函数里写 static Singleton inst; 然后返回。C++11 保证局部静态变量初始化是线程安全的。也可以用双重检查锁加上 volatile/atomic，不过更麻烦。

36. vector 扩容机制是怎样的？

当 size 超过 capacity 时，vector 会重新分配一块更大的内存，通常是原来的 1.5 倍或 2 倍，然后把旧元素拷贝或移动过去，释放旧内存。扩容会导致所有指向旧内存的迭代器失效。

37. vector 和 list 有什么区别？

vector 是连续内存，随机访问快，尾部增删快，但中间插入删除要移动元素，慢；list 是双向链表，插入删除快，但随机访问要遍历，而且每个节点有额外指针开销。内存上 vector 更紧凑。

38. map 和 unordered_map 底层是什么？怎么选？

map 底层是红黑树，元素有序，查找、插入都是 O(log n)；unordered_map 底层是哈希表，平均 O(1)，但元素无序，哈希冲突严重时可能退化。需要顺序用 map，追求速度用 unordered_map。

39. 迭代器失效有哪些常见情况？

vector 插入元素时如果发生扩容，所有迭代器都失效；vector 删除元素后，被删除位置及之后的迭代器通常失效；list 插入不影响其他迭代器，但删除节点后该节点迭代器失效。一般 erase 会返回下一个有效迭代器。

40. STL sort 底层是什么？稳定吗？

sort 通常用内省排序，就是快速排序为主，递归太深转堆排序，小数据用插入排序。它不稳定，如果需要稳定排序用 stable_sort。

41. 模板特化是什么？

模板特化就是针对某个具体类型提供特殊的实现。比如模板函数对所有类型都做一件事，但对 const char* 做另一件事。有全特化和偏特化，常用来优化或处理特殊类型。

42. emplace_back 和 push_back 有什么区别？

push_back 是先构造一个临时对象，再拷贝或移动到容器里；emplace_back 是直接在容器尾部原地构造，少一次临时对象和拷贝/移动，效率更高，尤其是对象比较大的时候。

43. std::function 和 lambda 是什么关系？

std::function 是一个通用可调用对象包装器，可以存函数指针、函数对象、lambda。lambda 是一个匿名函数对象，有捕获列表，用起来更简洁。lambda 可以转成 std::function，但有轻微开销。

44. 移动语义和完美转发是什么？

移动语义就是让资源所有权可以转移，避免不必要拷贝，核心是右值引用和 std::move。完美转发是模板里用 T&& 万能引用加 std::forward，保持参数原来的左右值属性，避免传参时丢失右值。

45. 进程和线程有什么区别？

进程是资源分配的基本单位，有独立的地址空间；线程是 CPU 调度的基本单位，同一个进程里的线程共享地址空间、文件描述符等。线程切换开销小，但一个线程崩溃可能影响整个进程。

46. 死锁怎么产生？怎么避免？

死锁就是多个线程互相等对方持有的锁。比如 A 等 B 的锁，B 也等 A 的锁。避免方法：固定加锁顺序、使用 try_lock 不阻塞等待、设置锁超时、减小锁粒度，或者用 std::lock 一次锁多个。

47. 编译链接过程是怎样的？

一般分四步：预处理处理宏和头文件；编译把源码变成汇编；汇编把汇编变成目标文件；链接把多个目标文件和库合并成可执行文件。链接阶段会做符号解析和重定位。

48. 静态库和动态库有什么区别？

静态库在链接时会被拷贝到可执行文件里，体积大，更新库要重新编译；动态库运行时才加载，多个程序可以共享一份，更新方便，但部署时要保证库存在，可能有版本兼容问题。

49. 程序崩了怎么排查 core dump？

先用 ulimit -c unlimited 打开 core 生成，然后用 gdb 程序名 core 文件。进去后 bt 看调用栈，看崩溃在哪个函数，再打印相关变量。如果代码有调试符号信息，能直接看到文件名和行号。

50. 手写 strcpy 要注意什么？

主要注意：返回值返回目标指针，方便链式调用；要保存目标首地址；要拷贝 ‘\0’；最好对空指针做检查；目标缓冲区要足够大；如果内存重叠，strcpy 不保证正确，应该用 memmove。实现就是 while (*dst++ = *src++); 然后返回原来的 dst。

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