C++ 面试通关：语法基础、内存管理与类设计

这几年带新人面试，发现 C++ 的高频考点很集中——语法细节、内存管理、类机制，再附带一些周边工具。下面把这些点整理出来，方便快速回顾。

语法基础

变量生命周期与存储位置

变量根据作用域和存储期，一般分成全局、局部、静态几类。它们的声明方式、初始化时机和内存位置都不一样，面试时常会问到。

变量类型	声明方式	内存位置	作用域	生命周期
全局变量	函数外部声明	静态存储区	整个文件	程序运行期间
局部变量	函数或代码块内	栈区	函数内部	函数调用期间
静态全局	加 `static` 关键字	静态存储区	整个文件	程序运行期间
静态局部	加 `static` 关键字	静态存储区	函数内部	程序运行期间（值持久化）

// 全局变量
int globalVar = 10;

void func() {
    // 局部变量
    int localVar = 20;
    // 静态局部变量
    static int staticLocal = 30;
}

命名空间

命名空间主要就是为了避免符号冲突。比如标准库的东西都在 std 下面，咱们平时用 std::cout、std::string 都是加前缀。using namespace std; 写起来省事，但会把整个 std 暴露出来，小 demo 无所谓，正经项目还是规规矩矩加前缀好。

include "" 和 <> 的区别

#include <文件名>：用来包含标准库头文件，编译器按标准路径去找。
#include "文件名"：用来包含自己写的或者项目内部头文件，优先在当前目录查找，找不到再去标准路径。

指针与引用

指针就是存变量地址的变量，用 * 解引用拿到数据，& 取地址。

指针数组与数组指针 这两个概念容易混：

指针数组：元素是指针的数组，int *ptrArray[5]; 就是 5 个 int 指针的数组。
数组指针：指向数组的指针，int (*arrPtr)[5]; 表示指向一个 5 个 int 的数组的指针，传二维数组时常用。

引用是给变量起的别名，定义时必须绑定，中途不能换对象。跟指针比，引用不用解引用，语法上更安全舒服。函数参数里，如果想修改实参，传引用比指针更常见。

指针和引用的区别：引用不能空，指针可以；引用不用 *，指针得用；引用必须初始化，指针可以后面再赋值。实际开发里，能用引用就尽量用引用，空指针检查的烦恼少很多。

函数指针与指针函数

函数指针：指向函数的指针，可以通过它间接调用函数。

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

指针函数：返回值为函数指针的函数，不常用，知道就行。

常量指针与指针常量

读法上有个小技巧：const 修饰右边最近的东西，被修饰的就是常量。

int* const：指针自身是常量，指向的地址不能变，但地址上的值可以改。
const int*：指向常量的指针，指向的值不能通过这个指针修改，但指针可以指向别的地址。这个经常在笔试题里出现，弄反了就会出错。

智能指针的本意

智能指针其实就是 RAII 在动态内存上的应用——构造时拿资源，析构时自动释放，杜绝忘 delete 的问题。

unique_ptr：独占所有权，不能拷贝，只能移动。
shared_ptr：共享所有权，内部维护引用计数，最后一个 shared_ptr 销毁时释放内存。
weak_ptr：配合 shared_ptr 使用，不增加引用计数，用来观察资源或打破循环引用（比如两个类互相持有对方的 shared_ptr 会导致内存泄漏）。

weak_ptr 本身不负责内存分配和引用计数，它只是观察。想访问资源时调用 lock()，如果资源还在就返回一个有效的 shared_ptr，否则返回空的智能指针。

类型强制转换

C++ 的四种显式转换，源码里看到能认识就行：

static_cast：基本类型转换、向上转型等。
const_cast：去掉或加上 const 属性。
dynamic_cast：用于类层次间的向下转型，依赖 RTTI 进行运行时检查，失败返回 nullptr（指针）或抛出 bad_cast（引用）。
reinterpret_cast：底层重新解释二进制，慎用。

函数参数传递

值传递：拷贝一份实参，性能开销大，但不会影响原值。
引用传递：别名，直接操作原值，性能好，但要注意不想修改就加 const。
指针传递：传地址，也能修改原值，但需要检查空指针。一般做法：只读不用改的用 const T&；要改的用 T&；可选参数可以用 T*，并默认 nullptr。

进程与线程间通信

进程间通信（IPC）：管道、消息队列、共享内存、信号量、套接字等，面试官可能会问'说一下你知道的 IPC 方式'。
线程间通信：直接共享进程内存，但得用互斥锁（std::mutex）、条件变量等保护起来，不然数据竞争。

常用关键字

static：修饰变量可改变存储期，修饰成员表示类级别。
const：修饰变量为只读，修饰成员函数表示不修改成员变量。
sizeof：编译期运算，不是函数。
virtual：声明虚函数，运行时多态的基础。
final / override：C++11 引入，final 禁止进一步重写，override 显式标明重写，防止拼写错误。
explicit：禁止隐式类型转换，比如单参构造函数。
inline：建议编译器内联，但现代编译器自己会判断。
volatile：告诉编译器不要优化该变量，每次从内存读，多用于硬件寄存器或信号处理。
extern "C"：声明按 C 语言方式链接，避免 C++ 名字修饰，用于混合编程。
define vs typedef：#define 是预处理宏替换，typedef 是真正的类型别名，后者有作用域且更安全。

class 与 struct 区别

几乎一样，唯一区别是默认访问权限和默认继承方式：class 默认 private，struct 默认 public。保留 struct 主要是兼容 C，以及用来定义纯数据聚合（POD）。

标准库

STL 包含容器、算法、迭代器等，面试中最常问容器对比。

数组和 vector：数组长度固定，vector 可以动态扩容。vector 用起来方便，但频繁扩容会复制元素，可以提前 reserve 减少开销。
list 和 vector：list 是双向链表，在中间插入删除是 O(1)，但不支持随机访问；vector 是连续内存，随机访问快，末端操作快，中间插入删除要移动元素。平时用 vector 的场景远多于 list。
set 和 multiset：set 不允许重复元素，multiset 允许重复。
map 和 unordered_map：map 基于红黑树，键值有序，查找 O(log n)；unordered_map 基于哈希表，无序，平均查找 O(1)。如果不需要排序，用 unordered_map 一般更快。

内存管理

RAII

资源获取即初始化，是 C++ 管理资源的核心手法。在构造函数里获取资源（如 new、打开文件），析构函数里释放，就算异常发生，栈展开时也会调用析构函数，保证资源不泄漏。

new/malloc 与 delete/free

new / delete 是 C++ 操作符，除了内存分配，还会调用构造、析构函数。
malloc / free 是 C 的库函数，只负责内存，不管对象。一定要配对使用：new 了就用 delete，malloc 了就用 free，否则行为未定义。

内存分布

栈：局部变量、函数调用信息，由编译器自动管理。
堆：new / malloc 出来的东西，得要自己释放。
静态存储区：全局变量、静态变量。
常量区：字符串常量等。

堆与栈的区别

栈内存分配快，空间有限（几 MB），函数结束时自动回收；堆内存分配慢一些，空间大，需要手动释放。

内存对齐

按照特定边界排列数据地址，可以提高 CPU 访问效率，有时候是硬件要求。大多数编译器会帮我们处理，但写跨平台代码或网络协议时要注意。

内存泄漏与深浅拷贝

内存泄漏就是分配了没释放。预防手段：优先用智能指针，严格配对 new/delete，用到 Valgrind 或 AddressSanitizer 检查。

浅拷贝：只复制指针值，导致多个对象指向同一资源，析构时可能重复释放。
深拷贝：复制完整资源，各自独立，避免上述问题。类中有指针成员时，自己写拷贝构造和赋值运算符通常得实现深拷贝。

类相关

封装、继承、多态

老生常谈的三板斧。封装通过 private/protected 隐藏细节；继承复用代码，注意 public 继承体现 is-a 关系；多态用虚函数实现，同一接口不同行为。

多态怎么工作

虚函数通过虚函数表（vtable）和虚指针（vptr）实现。每个有虚函数的类都有个 vtable，存着虚函数地址；对象里藏一个 vptr 指向这个表。调用虚函数时，通过对象 vptr 找到 vtable，再调用对应函数，这就是运行时绑定。

虚函数与纯虚函数

虚函数：基类用 virtual 声明，派生类可重写。
纯虚函数：后面加 = 0，声明为纯虚函数，使类成为抽象类，不能实例化。派生类必须实现它才能成为具体类。

构造与析构

构造函数初始化对象，无返回值，可以重载。
析构函数清理资源，无返回值，不能重载。
基类析构函数应该声明为虚函数，否则 delete 基类指针指向派生类对象时，只调基类析构，资源可能泄漏。
构造函数不能是虚函数，因为对象还没构造完，vptr 还没设好。

this 指针

成员函数里那个指向当前对象的指针，用来区分成员变量和形参，或者实现链式调用返回 *this。

其他必备技能

Git 与 SVN

Git：分布式版本控制，离线提交、分支灵活，现在主流。
SVN：集中式，简单直接，一些老项目或文档管理还在用。

Linux 常用命令

面试时会问几个基础命令，看看你有没有用过。文件操作：ls, cd, cp, mv, rm, cat, vim；权限：chmod, chown；进程：ps, top, kill；网络：ping, netstat, ifconfig 或 ip a；磁盘：df -h, du -sh。这些多敲几次就熟了，没必要死记。