一、基礎(chǔ)與語法

1. 自我介紹

   • 請簡要介紹自己的背景、專業(yè)技能和工作經(jīng)驗。

2. 實習(xí)介紹

   • 詳細(xì)描述你在實習(xí)期間參與的項目、職責(zé)和成果。

二、智能指針相關(guān)問題回答

unique_ptr 是如何實現(xiàn)的？它有哪些特點和優(yōu)勢？

unique_ptr 是C++11引入的一種智能指針，用于管理動態(tài)分配的內(nèi)存資源。其實現(xiàn)基于獨占所有權(quán)的概念，即每個 unique_ptr 實例擁有對其所指向?qū)ο蟮奈ㄒ凰袡?quán)。

特點：

1. 獨占所有權(quán)：在任何給定的時刻，只能有一個 unique_ptr 實例管理特定的內(nèi)存資源。這確保了內(nèi)存資源的安全性和唯一性。
2. 自動釋放內(nèi)存：當(dāng) unique_ptr 超出作用域或被重新賦值時，它所管理的內(nèi)存會自動釋放，從而避免了內(nèi)存泄漏的問題。
3. 指針語義：unique_ptr 的使用方式與原始指針相似，可以通過指針操作符（->）和解引用操作符（*）來訪問所指向?qū)ο蟮某蓡T。

優(yōu)勢：

1. 安全性：通過獨占所有權(quán)和自動釋放內(nèi)存的特性，unique_ptr 提供了比原始指針更高的安全性。
2. 易用性：unique_ptr 的使用方式簡單直觀，減少了手動管理內(nèi)存帶來的復(fù)雜性和出錯率。
3. 性能：由于 unique_ptr 不需要維護(hù)引用計數(shù)，因此在某些情況下，它的性能可能比 shared_ptr 更高。

shared_ptr 是如何實現(xiàn)的？它如何實現(xiàn)資源共享和自動管理？

shared_ptr 是C++11引入的另一種智能指針，用于管理動態(tài)分配的內(nèi)存資源，并允許多個指針共享同一個資源。

實現(xiàn)：

shared_ptr 的實現(xiàn)基于引用計數(shù)的技術(shù)。每個 shared_ptr 對象都會維護(hù)一個引用計數(shù)器，用于記錄有多少個指針指向同一個對象。當(dāng)引用計數(shù)器為0時，表示沒有任何指針指向該對象，此時會自動釋放該對象的內(nèi)存空間。

資源共享和自動管理：

1. 共享所有權(quán)：多個 shared_ptr 實例可以同時指向同一個對象，并共享對所指向?qū)ο蟮乃袡?quán)。這通過引用計數(shù)器來實現(xiàn)，每次復(fù)制或賦值 shared_ptr 時，引用計數(shù)器都會增加。
2. 自動釋放內(nèi)存：當(dāng)最后一個指向?qū)ο蟮?shared_ptr 超出作用域或被重新賦值時，引用計數(shù)器會減為0，此時會自動釋放所管理的內(nèi)存資源。

shared_ptr 是否線程安全？為什么？（計數(shù)器是線程安全的，但指針本身不是）

shared_ptr 的引用計數(shù)器是線程安全的，這意味著在多線程環(huán)境中，多個線程可以安全地同時訪問和修改同一個 shared_ptr 的引用計數(shù)器。然而，shared_ptr 的指針本身并不是線程安全的。

線程安全性：

1. 引用計數(shù)器線程安全：shared_ptr 的實現(xiàn)通常會使用原子操作或互斥鎖來保護(hù)引用計數(shù)器的訪問和修改，從而確保線程安全。
2. 指針本身非線程安全：雖然引用計數(shù)器是線程安全的，但 shared_ptr 所管理的對象指針本身并不是線程安全的。如果多個線程同時訪問和修改同一個對象，需要額外的同步機(jī)制來確保線程安全。

面試官追問：

1. 追問一：unique_ptr 和 shared_ptr 在性能上有何差異？

   • 回答：unique_ptr 通常比 shared_ptr 性能更高，因為它不需要維護(hù)引用計數(shù)。而 shared_ptr 需要維護(hù)引用計數(shù)，并在每次復(fù)制或賦值時進(jìn)行原子操作或互斥鎖保護(hù)，這會增加一定的開銷。然而，在需要共享所有權(quán)的場景中，shared_ptr 是更好的選擇，因為它可以自動管理內(nèi)存并避免內(nèi)存泄漏。

2. 追問二：如何解決 shared_ptr 的循環(huán)引用問題？

   • 回答：循環(huán)引用是指兩個或多個對象相互持有 shared_ptr，形成一個循環(huán)鏈，導(dǎo)致引用計數(shù)永遠(yuǎn)不會變?yōu)?，從而引發(fā)內(nèi)存泄漏。為了解決這個問題，可以使用 weak_ptr。weak_ptr 是一種不增加引用計數(shù)的智能指針，它只觀察對象而不擁有對象。通過 weak_ptr，可以破壞循環(huán)引用鏈，讓所有的 shared_ptr 都能夠正常析構(gòu)并釋放所管理的內(nèi)存。

3. 追問三：在什么情況下應(yīng)該使用 unique_ptr 而不是 shared_ptr？

   • 回答：在以下情況下應(yīng)該使用 unique_ptr 而不是 shared_ptr：
     1. 當(dāng)只有一個所有者需要管理內(nèi)存資源時，使用 unique_ptr 可以提供更高的安全性和性能。
     2. 當(dāng)不希望多個指針共享同一個資源時，使用 unique_ptr 可以避免不必要的引用計數(shù)開銷。
     3. 當(dāng)對象的生命周期與單個所有者的生命周期緊密相關(guān)時，使用 unique_ptr 可以更直觀地表達(dá)這種關(guān)系。

三. 虛函數(shù)與構(gòu)造函數(shù)/析構(gòu)函數(shù)

• 在構(gòu)造函數(shù)中調(diào)用虛函數(shù)會發(fā)生什么？

  在構(gòu)造函數(shù)中調(diào)用虛函數(shù)會導(dǎo)致靜態(tài)綁定（也稱為早綁定），而不是動態(tài)綁定（晚綁定）。這意味著即使虛函數(shù)在派生類中被重寫，在基類的構(gòu)造函數(shù)中調(diào)用該虛函數(shù)時，調(diào)用的仍然是基類中的版本。這是因為在對象構(gòu)造過程中，派生類的部分還沒有被完全構(gòu)造，對象的實際類型（即派生類類型）還沒有完全形成，因此無法正確調(diào)用派生類中的虛函數(shù)版本。

  示例代碼：

  class Base {
  public:
      Base() {
          VirtualFunction(); // 調(diào)用的是 Base::VirtualFunction
      }
      virtual void VirtualFunction() {
          std::cout << "Base class virtual function" << std::endl;
      }
  };
  
  class Derived : public Base {
  public:
      void VirtualFunction() override {
          std::cout << "Derived class virtual function" << std::endl;
      }
  };
  
  int main() {
      Derived d; // 構(gòu)造 Derived 對象時，Base 的構(gòu)造函數(shù)中調(diào)用的是 Base::VirtualFunction
      return 0;
  }
  

• 為什么析構(gòu)函數(shù)通常需要設(shè)置為虛函數(shù)？

  析構(gòu)函數(shù)通常需要設(shè)置為虛函數(shù)，以確保通過基類指針刪除派生類對象時，能夠正確調(diào)用派生類的析構(gòu)函數(shù)，從而避免資源泄漏和未定義行為。如果析構(gòu)函數(shù)不是虛函數(shù)，那么通過基類指針刪除派生類對象時，只會調(diào)用基類的析構(gòu)函數(shù)，派生類特有的資源不會被正確釋放。

  示例代碼：

  class Base {
  public:
      virtual ~Base() { // 基類析構(gòu)函數(shù)設(shè)置為虛函數(shù)
          std::cout << "Base class destructor" << std::endl;
      }
  };
  
  class Derived : public Base {
  public:
      ~Derived() { // 派生類析構(gòu)函數(shù)
          std::cout << "Derived class destructor" << std::endl;
      }
  };
  
  int main() {
      Base* b = new Derived();
      delete b; // 正確調(diào)用 Derived 的析構(gòu)函數(shù)，然后調(diào)用 Base 的析構(gòu)函數(shù)
      return 0;
  }
  

  如果基類析構(gòu)函數(shù)不是虛函數(shù)，則只會調(diào)用基類的析構(gòu)函數(shù)，派生類的資源不會被釋放：

  class Base {
  public:
      ~Base() { // 基類析構(gòu)函數(shù)不是虛函數(shù)
          std::cout << "Base class destructor" << std::endl;
      }
  };
  
  // Derived 類定義同上
  
  int main() {
      Base* b = new Derived();
      delete b; // 只調(diào)用 Base 的析構(gòu)函數(shù)，不會調(diào)用 Derived 的析構(gòu)函數(shù)
      return 0;
  }
  

面試官追問及回答

追問1: 在構(gòu)造函數(shù)中調(diào)用虛函數(shù)的具體影響是什么？

回答： 在構(gòu)造函數(shù)中調(diào)用虛函數(shù)的具體影響是，會導(dǎo)致虛函數(shù)的靜態(tài)綁定（早綁定），即調(diào)用的是當(dāng)前正在構(gòu)造的對象的基類中定義的版本。這可能導(dǎo)致派生類特有的行為不被執(zhí)行，甚至可能產(chǎn)生邏輯錯誤或未定義行為，因為派生類的成員可能還沒有被初始化。

追問2: 如果析構(gòu)函數(shù)不是虛函數(shù)，會導(dǎo)致什么問題？

回答： 如果析構(gòu)函數(shù)不是虛函數(shù)，當(dāng)通過基類指針刪除派生類對象時，會導(dǎo)致只調(diào)用基類的析構(gòu)函數(shù)，而派生類的析構(gòu)函數(shù)不會被調(diào)用。這會導(dǎo)致派生類特有的資源（如動態(tài)分配的內(nèi)存、文件句柄等）沒有被正確釋放，從而產(chǎn)生資源泄漏。此外，如果派生類析構(gòu)函數(shù)中有重要的清理邏輯（如關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)連接、解鎖資源等），這些邏輯也不會被執(zhí)行，可能導(dǎo)致程序崩潰或未定義行為。

追問3: 在多繼承的情況下，虛析構(gòu)函數(shù)如何處理？

回答： 在多繼承的情況下，每個有虛函數(shù)的基類都應(yīng)該有一個虛析構(gòu)函數(shù)。如果一個類從多個有虛析構(gòu)函數(shù)的基類繼承，那么該類的析構(gòu)函數(shù)將自動成為虛函數(shù)，并且會按照C++的析構(gòu)函數(shù)調(diào)用順序（先調(diào)用派生類的析構(gòu)函數(shù)，然后依次調(diào)用各基類的析構(gòu)函數(shù)，按照構(gòu)造的反向順序）來調(diào)用所有基類的析構(gòu)函數(shù)。這樣可以確保所有基類特有的資源都被正確釋放。

示例代碼（多繼承）：

class Base1 {
public:
    virtual ~Base1() {
        std::cout << "Base1 destructor" << std::endl;
    }
};

class Base2 {
public:
    virtual ~Base2() {
        std::cout << "Base2 destructor" << std::endl;
    }
};

class Derived : public Base1, public Base2 {
public:
    ~Derived() override {
        std::cout << "Derived destructor" << std::endl;
    }
};

int main() {
    Base1* b1 = new Derived();
    delete b1; // 正確調(diào)用 Derived 的析構(gòu)函數(shù)，然后依次調(diào)用 Base1 和 Base2 的析構(gòu)函數(shù)
    return 0;
}

四、 內(nèi)存地址問題

class A {
    int a;
    int d;
};

class B {
    int b;
};

class C : public A, public B {
    int b;
};

C* c = new C;
A* a = c;
B* b = c;

• 問 a、b、c 指向的地址是否相同？為什么？

回答

在C++中，對象指針的行為和它們所指向的對象的內(nèi)存布局密切相關(guān)。在你的代碼示例中，類 C 是通過多重繼承從類 A 和類 B 派生出來的。下面是對問題的詳細(xì)分析：

• 類A 和 類B 各自包含一個 int 成員，假設(shè)每個 int 成員占用4個字節(jié)（實際大小依賴于編譯器和平臺）。
• 類C 作為 A 和 B 的派生類，也包含一個 int 成員 b。由于 C 通過多重繼承自 A 和 B，類 C 的內(nèi)存布局通常會按如下方式排列（這取決于編譯器的具體實現(xiàn)，但大多數(shù)現(xiàn)代編譯器遵循類似規(guī)則）：
  • 首先是 A 的成員（a 和 d），假設(shè)每個 int 4個字節(jié)，則共8個字節(jié)。
  • 然后是 B 的成員（b），也是4個字節(jié)。
  • 最后是 C 自己獨有的成員（b），也是4個字節(jié)。

所以，假設(shè)沒有對齊或其他編譯器特性干擾，類 C 的對象 c 至少需要 8（A）+ 4（B）+ 4（C獨有）= 16 個字節(jié)。

接下來看指針：

• C* c = new C;：c 是一個指向 C 對象實例的指針，指向?qū)ο蟮钠鹗嫉刂贰?/li>
• A* a = c;：a 是一個指向 A 的指針，并將其初始化為 c。由于 A 是 C 的第一個基類，a 指向的地址與 c 相同。
• B* b = c;：b 是一個指向 B 的指針，并將其初始化為 c。這里 b 指向的地址同樣是 c 的起始地址，但是要通過 B 的視角去訪問對象，實際上，從 C 對象起始地址到 B 的成員 b 會有偏移（跳過 A 的部分），但指針轉(zhuǎn)換僅改變了解釋內(nèi)存的方式，并沒有改變指向的內(nèi)存地址。

因此，a、b 和 c 指向的地址是相同的，因為它們都指向同一個 C 對象。不過，當(dāng)通過 a、b 和 c 訪問成員時，編譯器會根據(jù)它們的類型（A、B 或 C）來解釋該地址處的內(nèi)存內(nèi)容。

面試官追問及回答

追問1: 如果 A 和 B 中各自有多個成員變量，a 和 b 指針訪問的偏移會如何變化？

回答: 如果 A 和 B 中各自有多個成員變量，a 和 b 指針在訪問這些成員時仍然會指向同一個 C 對象的基礎(chǔ)地址。不過，通過 a 訪問 A 的成員時，會基于 A 的布局解釋內(nèi)存；通過 b 訪問 B 的成員時，會基于 B 的布局并考慮 A 的大小作為偏移來解釋內(nèi)存。編譯器會在編譯時處理這些偏移。

追問2: 如果在類 C 中，我們將 int b; 成員移動到類定義的開始位置，那么內(nèi)存布局會發(fā)生什么變化？

回答: 如果將 int b; 成員移動到類 C 的定義開始位置，則 C 的內(nèi)存布局將發(fā)生變化?，F(xiàn)在 C 的內(nèi)存布局會先放置 C 獨有的 int b（4個字節(jié)），然后是 A 的成員（a 和 d，共8個字節(jié)），最后是 B 的成員（b，4個字節(jié)）。這種情況下，雖然 c 指針仍然指向 C 對象的起始地址，但通過 a 和 b 訪問時，相對于 c 指針的偏移會不同，因為 A 和 B 的成員在 C 對象中的位置發(fā)生了改變。

追問3: 在多重繼承中，使用虛繼承會對內(nèi)存布局和指針轉(zhuǎn)換產(chǎn)生什么影響？

回答: 在多重繼承中，如果 A 或 B（或兩者）通過虛繼承方式被繼承，那么編譯器會引入一個額外的指針（通常稱為虛基類指針）來管理 A 或 B（或兩者）的實例。這個虛基類指針指向一個包含實際 A 或 B 對象的表（虛基類表），以確保正確訪問。這會導(dǎo)致對象 C 的內(nèi)存布局變得更大，因為需要額外的空間來存儲虛基類指針。在指針轉(zhuǎn)換時，編譯器會通過虛基類指針和虛基類表來處理偏移，確保訪問正確的成員。這可能會增加訪問基類成員的開銷，但避免了由于多重繼承引起的菱形繼承問題（鉆石問題）。

五、STL與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

STL 中使用 vector 要注意的問題

內(nèi)存分配與擴(kuò)容策略

在STL中，vector是一個表示可變大小數(shù)組的序列容器，它采用連續(xù)存儲空間來存儲元素，這意味著可以采用下標(biāo)對vector的元素進(jìn)行高效訪問。然而，當(dāng)新元素插入時，如果當(dāng)前內(nèi)存空間無法容納，vector需要進(jìn)行內(nèi)存重新分配和元素復(fù)制。

內(nèi)存分配策略：

• vector在初始化時會分配一定的內(nèi)存空間，這個空間大小通常與元素的類型和容器的初始大小有關(guān)。
• 當(dāng)元素數(shù)量增加到當(dāng)前內(nèi)存空間無法容納時，會按照特定的擴(kuò)容策略重新分配內(nèi)存。常見的