[C++知识库] C/C++经典面试题1(精心整理，附参考答案)

在全局变量前加上关键字static，全局变量就定义成一个全局静态变量.

初始化：未经初始化的全局静态变量会被自动初始化为0（自动对象的值是任意的，除非他被显式初始化）；

作用域：全局静态变量在声明他的文件之外是不可见的，准确地说是从定义之处开始，到文件结尾。

在局部变量之前加上关键字static，局部变量就成为一个局部静态变量。

初始化：未经初始化的全局静态变量会被自动初始化为0（自动对象的值是任意的，除非他被显式初始化）；

作用域：作用域仍为局部作用域，当定义它的函数或者语句块结束的时候，作用域结束。但是当局部静态变量离开作用域后，并没有销毁，而是仍然驻留在内存当中，只不过我们不能再对它进行访问，直到该函数再次被调用，并且值不变；

在函数返回类型前加static，函数就定义为静态函数。函数的定义和声明在默认情况下都是extern的，但静态函数只是在声明他的文件当中可见，不能被其他文件所用。

函数的实现使用static修饰，那么这个函数只可在本cpp内使用，不会同其他cpp中的同名函数引起冲突；

warning：不要再头文件中声明static的全局函数，不要在cpp内声明非static的全局函数，如果你要在多个cpp中复用该函数，就把它的声明提到头文件里去，否则cpp内部声明需加上static修饰；

在类中，静态成员可以实现多个对象之间的数据共享，并且使用静态数据成员还不会破坏隐藏的原则，即保证了安全性。因此，静态成员是类的所有对象中共享的成员，而不是某个对象的成员。对多个对象来说，静态数据成员只存储一处，供所有对象共用

静态成员函数和静态数据成员一样，它们都属于类的静态成员，它们都不是对象成员。因此，对静态成员的引用不需要用对象名。

在静态成员函数的实现中不能直接引用类中说明的非静态成员，可以引用类中说明的静态成员（这点非常重要）。如果静态成员函数中要引用非静态成员时，可通过对象来引用。从中可看出，调用静态成员函数使用如下格式：<类名>::<静态成员函数名>(<参数表>).

(1) 设计思想上

(2) 语法上

C++中四种类型转换是：static_cast, dynamic_cast, const_cast, reinterpret_cast

(1) const_cast

(2) static_cast

用于各种隐式转换，比如非const转const，void*转指针等, static_cast能用于多态向上转化，如果向下转能成功但是不安全，结果未知；

(3) dynamic_cast

用于动态类型转换。只能用于含有虚函数的类，用于类层次间的向上和向下转化。只能转指针或引用。向下转化时，如果是非法的对于指针返回NULL，对于引用抛异常。要深入了解内部转换的原理。

它通过判断在执行到该语句的时候变量的运行时类型和要转换的类型是否相同来判断是否能够进行向下转换。

(4) reinterpret_cast

几乎什么都可以转，比如将int转指针，可能会出问题，尽量少用；

(5) 为什么不使用C的强制转换？

C的强制转换表面上看起来功能强大什么都能转，但是转化不够明确，不能进行错误检查，容易出错。

(2) 使用sizeof看一个指针的大小是4，而引用则是被引用对象的大小；

(3) 指针可以被初始化为NULL，而引用必须被初始化且必须是一个已有对象的引用；

(4) 作为参数传递时，指针需要被解引用才可以对对象进行操作，而直接对引用的修改都会改变引用所指向的对象；

(6) 指针在使用中可以指向其它对象，但是引用只能是一个对象的引用，不能被改变；

(9) 如果返回动态内存分配的对象或者内存，必须使用指针，引用可能引起内存泄露。

根据面积法，如果P在三角形ABC内，那么三角形ABP的面积+三角形BCP的面积+三角形ACP的面积应该等于三角形ABC的面积。算法如下：

#include <iostream>
#include <math.h>
using namespace std;

#define ABS_FLOAT_0 0.0001

struct point_float
{
	float x;
	float y;
};

/**

* @brief 计算三角形面积

*/

float GetTriangleSquar(const point_float pt0, const point_float pt1, const point_float pt2)
{
	point_float AB, ??BC;
	AB.x = pt1.x - pt0.x;
	AB.y = pt1.y - pt0.y;
	BC.x = pt2.x - pt1.x;
	BC.y = pt2.y - pt1.y;
	return fabs((AB.x * BC.y - AB.y * BC.x)) / 2.0f;
}

/**

* @brief 判断给定一点是否在三角形内或边上

*/
bool IsInTriangle(const point_float A, const point_float B, const point_float C, const point_float D)
{
	float SABC, SADB, SBDC, SADC;
	SABC = GetTriangleSquar(A, B, C);
	SADB = GetTriangleSquar(A, D, B);
	SBDC = GetTriangleSquar(B, D, C);
	SADC = GetTriangleSquar(A, D, C);
	float SumSuqar = SADB + SBDC + SADC;
	
	if ((-ABS_FLOAT_0 < (SABC - SumSuqar)) && ((SABC - SumSuqar) < ABS_FLOAT_0))
	{
		return true;
	}
	else
	{
		return false;
	}
}

6.请你说一下进程与线程的概念，以及为什么要有进程线程，其中有什么区别，他们各自又是怎么同步的

(1) 基本概念

进程是对运行时程序的封装，是系统进行资源调度和分配的的基本单位，实现了操作系统的并发；

线程是进程的子任务，是CPU调度和分派的基本单位，用于保证程序的实时性，实现进程内部的并发；线程是操作系统可识别的最小执行和调度单位。每个线程都独自占用一个虚拟处理器：独自的寄存器组，指令计数器和处理器状态。每个线程完成不同的任务，但是共享同一地址空间（也就是同样的动态内存，映射文件，目标代码等等），打开的文件队列和其他内核资源。

(2) 区别

1.一个线程只能属于一个进程，而一个进程可以有多个线程，但至少有一个线程。线程依赖于进程而存在。

2.进程在执行过程中拥有独立的内存单元，而多个线程共享进程的内存。（资源分配给进程，同一进程的所有线程共享该进程的所有资源。同一进程中的多个线程共享代码段（代码和常量），数据段（全局变量和静态变量），扩展段（堆存储）。但是每个线程拥有自己的栈段，栈段又叫运行时段，用来存放所有局部变量和临时变量。）

3.进程是资源分配的最小单位，线程是CPU调度的最小单位；

4.系统开销：由于在创建或撤消进程时，系统都要为之分配或回收资源，如内存空间、I／o设备等。因此，操作系统所付出的开销将显著地大于在创建或撤消线程时的开销。类似地，在进行进程切换时，涉及到整个当前进程CPU环境的保存以及新被调度运行的进程的CPU环境的设置。而线程切换只须保存和设置少量寄存器的内容，并不涉及存储器管理方面的操作。可见，进程切换的开销也远大于线程切换的开销。

5.通信：由于同一进程中的多个线程具有相同的地址空间，致使它们之间的同步和通信的实现，也变得比较容易。进程间通信IPC，线程间可以直接读写进程数据段（如全局变量）来进行通信——需要进程同步和互斥手段的辅助，以保证数据的一致性。在有的系统中，线程的切换、同步和通信都无须操作系统内核的干预

6.进程编程调试简单可靠性高，但是创建销毁开销大；线程正相反，开销小，切换速度快，但是编程调试相对复杂。

7.进程间不会相互影响；线程一个线程挂掉将导致整个进程挂掉

8.进程适应于多核、多机分布；线程适用于多核

进程间通信的方式：

进程间通信主要包括管道、系统IPC（包括消息队列、信号量、信号、共享内存等）、以及套接字socket。

a.管道

管道主要包括无名管道和命名管道:管道可用于具有亲缘关系的父子进程间的通信，有名管道除了具有管道所具有的功能外，它还允许无亲缘关系进程间的通信

a.1 普通管道PIPE

1)它是半双工的（即数据只能在一个方向上流动），具有固定的读端和写端

2)它只能用于具有亲缘关系的进程之间的通信（也是父子进程或者兄弟进程之间）

3)它可以看成是一种特殊的文件，对于它的读写也可以使用普通的read、write等函数。但是它不是普通的文件，并不属于其他任何文件系统，并且只存在于内存中。

a.2 命名管道FIFO

1)FIFO可以在无关的进程之间交换数据

2)FIFO有路径名与之相关联，它以一种特殊设备文件形式存在于文件系统中。

b. 系统IPC

b.1 消息队列

消息队列，是消息的链接表，存放在内核中。一个消息队列由一个标识符（即队列ID）来标记。 (消息队列克服了信号传递信息少，管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等特点)具有写权限得进程可以按照一定得规则向消息队列中添加新信息；对消息队列有读权限得进程则可以从消息队列中读取信息；

特点：

1)消息队列是面向记录的，其中的消息具有特定的格式以及特定的优先级。

2)消息队列独立于发送与接收进程。进程终止时，消息队列及其内容并不会被删除。

3)消息队列可以实现消息的随机查询,消息不一定要以先进先出的次序读取,也可以按消息的类型读取。

b.2 信号量semaphore

信号量（semaphore）与已经介绍过的 IPC 结构不同，它是一个计数器，可以用来控制多个进程对共享资源的访问。信号量用于实现进程间的互斥与同步，而不是用于存储进程间通信数据。

特点：

1)信号量用于进程间同步，若要在进程间传递数据需要结合共享内存。

2)信号量基于操作系统的 PV 操作，程序对信号量的操作都是原子操作。

3)每次对信号量的 PV 操作不仅限于对信号量值加 1 或减 1，而且可以加减任意正整数。

4)支持信号量组。

b.3 信号signal

信号是一种比较复杂的通信方式，用于通知接收进程某个事件已经发生。

b.4 共享内存（Shared Memory）

它使得多个进程可以访问同一块内存空间，不同进程可以及时看到对方进程中对共享内存中数据得更新。这种方式需要依靠某种同步操作，如互斥锁和信号量等

特点：

1)共享内存是最快的一种IPC，因为进程是直接对内存进行存取

2)因为多个进程可以同时操作，所以需要进行同步

3)信号量+共享内存通常结合在一起使用，信号量用来同步对共享内存的访问

c.套接字SOCKET

socket也是一种进程间通信机制，与其他通信机制不同的是，它可用于不同主机之间的进程通信。

线程间通信的方式

临界区：通过多线程的串行化来访问公共资源或一段代码，速度快，适合控制数据访问；

互斥量Synchronized/Lock：采用互斥对象机制，只有拥有互斥对象的线程才有访问公共资源的权限。因为互斥对象只有一个，所以可以保证公共资源不会被多个线程同时访问

信号量Semphare：为控制具有有限数量的用户资源而设计的，它允许多个线程在同一时刻去访问同一个资源，但一般需要限制同一时刻访问此资源的最大线程数目。

事件(信号)，Wait/Notify：通过通知操作的方式来保持多线程同步，还可以方便的实现多线程优先级的比较操作

7.说一说数据库索引

索引是对数据库表中一列或多列的值进行排序的一种结构，使用索引可快速访问数据库表中的特定信息。如果想按特定职员的姓来查找他或她，则与在表中搜索所有的行相比，索引有助于更快地获取信息。

索引的一个主要目的就是加快检索表中数据的方法，亦即能协助信息搜索者尽快的找到符合限制条件的记录ID的辅助数据结构。

8.请回答OSI七层模型和TCP/IP四层模型，每层列举2个协议

OSI七层模型及其包含的协议如下:

物理层: 通过媒介传输比特,确定机械及电气规范,传输单位为bit，主要包括的协议为：IEE802.3 CLOCK RJ45

数据链路层: 将比特组装成帧和点到点的传递,传输单位为帧,主要包括的协议为MAC VLAN PPP

网络层：负责数据包从源到宿的传递和网际互连，传输单位为包,主要包括的协议为IP ARP ICMP

传输层：提供端到端的可靠报文传递和错误恢复，传输单位为报文,主要包括的协议为TCP UDP

会话层：建立、管理和终止会话，传输单位为SPDU，主要包括的协议为RPC NFS

表示层: 对数据进行翻译、加密和压缩,传输单位为PPDU，主要包括的协议为JPEG ASII

应用层: 允许访问OSI环境的手段,传输单位为APDU，主要包括的协议为FTP HTTP DNS

TCP/IP四层模型包括：

网络接口层：MAC VLAN

网络层:IP ARP ICMP

传输层:TCP UDP

应用层:HTTP DNS SMTP

9.请你来说一说红黑树和AVL树的定义，特点，以及二者区别

平衡二叉树（AVL树）：

平衡二叉树又称为AVL树，是一种特殊的二叉排序树。其左右子树都是平衡二叉树，且左右子树高度之差的绝对值不超过1。一句话表述为：以树中所有结点为根的树的左右子树高度之差的绝对值不超过1。将二叉树上结点的左子树深度减去右子树深度的值称为平衡因子BF，那么平衡二叉树上的所有结点的平衡因子只可能是-1、0和1。只要二叉树上有一个结点的平衡因子的绝对值大于1，则该二叉树就是不平衡的。

红黑树：

红黑树是一种二叉查找树，但在每个节点增加一个存储位表示节点的颜色，可以是红或黑（非红即黑）。通过对任何一条从根到叶子的路径上各个节点着色的方式的限制，红黑树确保没有一条路径会比其它路径长出两倍，因此，红黑树是一种弱平衡二叉树，相对于要求严格的AVL树来说，它的旋转次数少，所以对于搜索，插入，删除操作较多的情况下，通常使用红黑树。

性质：

1. 每个节点非红即黑

2. 根节点是黑的;

3. 每个叶节点（叶节点即树尾端NULL指针或NULL节点）都是黑的;

4. 如果一个节点是红色的，则它的子节点必须是黑色的。

5. 对于任意节点而言，其到叶子点树NULL指针的每条路径都包含相同数目的黑节点;

区别：

AVL 树是高度平衡的，频繁的插入和删除，会引起频繁的rebalance，导致效率下降；红黑树不是高度平衡的，算是一种折中，插入最多两次旋转，删除最多三次旋转。

10.请问你了解哪些设计模式？

常见的设计模式如下：

单例模式：单例模式主要解决一个全局使用的类频繁的创建和销毁的问题。单例模式下可以确保某一个类只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。单例模式有三个要素：一是某个类只能有一个实例；二是它必须自行创建这个实例；三是它必须自行向整个系统提供这个实例。

工厂模式：工厂模式主要解决接口选择的问题。该模式下定义一个创建对象的接口，让其子类自己决定实例化哪一个工厂类，使其创建过程延迟到子类进行。

观察者模式：定义对象间的一种一对多的依赖关系，当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都得到通知并被自动更新。

装饰器模式：对已经存在的某些类进行装饰，以此来扩展一些功能，从而动态的为一个对象增加新的功能。装饰器模式是一种用于代替继承的技术，无需通过继承增加子类就能扩展对象的新功能。使用对象的关联关系代替继承关系，更加灵活，同时避免类型体系的快速膨胀。