C++ 核心面试题总结：语法、内存与类机制

指针与引用

指针是存储变量地址的特殊数据类型，通过解引用操作符 * 访问数据，使用地址运算符 & 获取地址。

指针数组与数组指针

• 指针数组：元素为指针的数组，如 int *ptrArray[5];，常用于动态管理一组指针。
• 数组指针：指向数组的指针，如 int (*arrPtr)[5];，常用于处理多维数组。

引用是变量的别名，定义时必须初始化且不可更改绑定对象。相比指针，引用无需解引用，更安全便捷，常用于函数参数传递以修改实参。

指针 vs 引用

• 引用不能为空，指针可以。
• 引用无需 * 解引用，指针需要。
• 引用必须初始化，指针可后续赋值。

函数指针与指针函数

• 函数指针：指向函数的指针变量，用于间接调用函数。

  typedef void (*FuncPtr)(int);
  void myFunction(int x) {}
  FuncPtr ptr = &myFunction;
  ptr(10); // 调用函数
  

• 指针函数：返回值为函数指针的函数。

常量指针与指针常量

• 常量指针 (int* const)：指针本身是常量，指向的地址不可变，但指向的对象值可变。
• 指针常量 (const int*)：指向常量的指针，对象值不可变，但指针指向可改变。 记忆技巧：const 修饰右边最近的值是常量。

智能指针的本质

智能指针利用 RAII（资源获取即初始化）模式管理动态内存。通过析构函数自动释放资源，避免内存泄漏。

• shared_ptr：共享所有权，基于引用计数。
• unique_ptr：独占所有权，支持移动语义。
• weak_ptr：不增加引用计数，用于解决循环引用问题。

weak_ptr 的计数与分配 std::weak_ptr 本身不进行内存分配或引用计数，它观测 std::shared_ptr 管理的对象。可通过 lock() 方法尝试获取一个有效的 shared_ptr。

类型强制转换

C++ 提供四种显式转换方式：

1. static_cast：静态转换。
2. const_cast：常量转换。
3. dynamic_cast：动态转换（多态场景）。
4. reinterpret_cast：重新解释转换。

函数参数传递

• 值传递：复制副本，不影响原始值。
• 引用传递：别名，影响原始值。
• 指针传递：传递地址，通过解引用影响原始值。

进程与线程通信

• 进程间通信 (IPC)：管道、消息队列、共享内存、信号量、套接字等。
• 线程间通信：共享内存、互斥锁、条件变量。
• 线程资源共享：需注意数据一致性，通常采用互斥锁保护临界区。

常用关键字

• static：控制链接属性、存储期或作为静态成员。
• const：声明常量或常量成员函数。
• sizeof：计算类型或变量字节大小。
• final/override：C++11 引入，分别用于禁止继承/重写和显式指示重写。
• virtual：声明虚函数，支持运行时多态。
• volatile：防止编译器优化，适用于硬件或多线程共享变量。
• explicit：禁止隐式类型转换。
• inline：建议内联展开。
• extern "C"：指定 C 语言链接方式。
• define vs typedef：宏替换 vs 类型别名。

class 与 struct 区别

主要区别在于默认访问权限和继承方式：

• class 默认私有 (private)，默认私有继承。
• struct 默认公有 (public)，默认公有继承。 保留 struct 主要是为了兼容性和灵活性。

二、标准库

STL 概述

STL（Standard Template Library）提供通用模板类和函数，包括容器、算法、迭代器、函数对象和适配器。

容器对比

• 数组 vs vector：数组大小固定，vector 动态扩展；vector 功能更丰富（插入、删除），但频繁扩容可能影响性能。
• list vs vector：list 是双向链表，适合中间频繁增删；vector 是动态数组，支持随机访问，适合末尾操作。
• set vs multiset：set 元素唯一，multiset 允许重复。
• map vs unordered_map：map 基于红黑树，有序，查找复杂度 O(log n)；unordered_map 基于哈希表，无序，平均查找复杂度 O(1)。

三、内存

RAII 机制

RAII（Resource Acquisition Is Initialization）将资源管理与对象生命周期绑定。构造函数获取资源，析构函数释放资源，确保异常安全。

new/malloc 与 delete/free

• new/delete：C++ 操作符，分配内存并调用构造/析构函数。
• malloc/free：C 库函数，仅分配/释放内存，不调用构造/析构。 注意匹配使用：new 配 delete，malloc 配 free。

内存分布

• 栈 (Stack)：局部变量、函数调用信息，自动管理。
• 堆 (Heap)：动态分配，手动管理。
• 静态存储区：全局/静态变量。
• 常量区：字符串常量等。

堆与栈的区别

栈分配快、空间小、自动释放；堆分配慢、空间大、需手动释放。

内存对齐

按特定边界排列数据地址，可提高访问效率并满足硬件要求。

内存泄漏与深/浅拷贝

• 内存泄漏：未释放已分配内存。预防手段：使用 RAII、智能指针、分析工具（Valgrind）。
• 浅拷贝：只复制指针值，共享资源。
• 深拷贝：复制完整资源，独立管理。

四、类相关

三大特性

• 封装：隐藏实现细节，暴露接口。
• 继承：复用父类属性和行为。
• 多态：同一接口不同实现。

多态实现

依赖虚函数和动态绑定。通过虚函数表（vtable）和虚指针（vptr）在运行时决定调用哪个函数。

虚函数与纯虚函数

• 虚函数：基类中声明为 virtual，派生类可重写。
• 纯虚函数：= 0，使类成为抽象类，必须被实现才能实例化。

构造函数与析构函数

• 构造函数：初始化对象，无返回值，可重载。
• 析构函数：清理资源，无返回值，不可重载。
• 虚析构函数：基类析构函数应为虚函数，确保派生类析构正确调用。
• 构造函数不能为虚函数：对象尚未完全构造，无法设置 vptr。

this 指针

指向当前对象的指针，用于区分成员变量与参数，或实现链式调用。

五、其他必备技能

Git 与 SVN

• Git：分布式版本控制系统，适合代码协作。
• SVN：集中式版本控制系统，常用于文档管理。

Linux 常用命令

• 文件操作：ls, cd, cp, mv, rm, cat, vim
• 权限管理：chmod, chown
• 进程监控：ps, top, kill
• 网络测试：ping, netstat, ifconfig/ip a
• 磁盘检查：df -h, du -sh