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C++公司面试题十问十答

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1、new和delete的实现原理, delete是如何知道释放内存的大小的额?

1、 new简单类型直接调用operator new分配内存;

而对于复杂结构,先调用operator new分配内存,然后在分配的内存上调用构造函数;

对于简单类型,new[]计算好大小后调用operator new;

对于复杂数据结构,new[]先调用operator new[]分配内存,然后在p的前四个字节写入数组大小n,然后调用n次构造函数,针对复杂类型,new[]会额外存储数组大小;

①  new表达式调用一个名为operator new(operator new[])函数,分配一块足够大的、原始的、未命名的内存空间;

②  编译器运行相应的构造函数以构造这些对象,并为其传入初始值;

③  对象被分配了空间并构造完成,返回一个指向该对象的指针。

2、 delete简单数据类型默认只是调用free函数;复杂数据类型先调用析构函数再调用operator delete;针对简单类型,delete和delete[]等同。假设指针p指向new[]分配的内存。因为要4字节存储数组大小,实际分配的内存地址为[p-4],系统记录的也是这个地址。delete[]实际释放的就是p-4指向的内存。而delete会直接释放p指向的内存,这个内存根本没有被系统记录,所以会崩溃。

3、 需要在 new [] 一个对象数组时,需要保存数组的维度,C++ 的做法是在分配数组空间时多分配了 4 个字节的大小,专门保存数组的大小,在 delete [] 时就可以取出这个保存的数,就知道了需要调用析构函数多少次了。

2、malloc申请的存储空间能用delete释放吗

不能,malloc /free主要为了兼容C,new和delete 完全可以取代malloc /free的。

malloc /free的操作对象都是必须明确大小的,而且不能用在动态类上。

new 和delete会自动进行类型检查和大小,malloc/free不能执行构造函数与析构函数,所以动态对象它是不行的。

当然从理论上说使用malloc申请的内存是可以通过delete释放的。不过一般不这样写的。而且也不能保证每个C++的运行时都能正常。

3、malloc与free的实现原理?

1、 在标准C库中,提供了malloc/free函数分配释放内存,这两个函数底层是由brk、mmap、,munmap这些系统调用实现的;

2、 brk是将数据段(.data)的最高地址指针_edata往高地址推,mmap是在进程的虚拟地址空间中(堆和栈中间,称为文件映射区域的地方)找一块空闲的虚拟内存。这两种方式分配的都是虚拟内存,没有分配物理内存。在第一次访问已分配的虚拟地址空间的时候,发生缺页中断,操作系统负责分配物理内存,然后建立虚拟内存和物理内存之间的映射关系;

3、 malloc小于128k的内存,使用brk分配内存,将_edata往高地址推;malloc大于128k的内存,使用mmap分配内存,在堆和栈之间找一块空闲内存分配;brk分配的内存需要等到高地址内存释放以后才能释放,而mmap分配的内存可以单独释放。当最高地址空间的空闲内存超过128K(可由M_TRIM_THRESHOLD选项调节)时,执行内存紧缩操作(trim)。在上一个步骤free的时候,发现最高地址空闲内存超过128K,于是内存紧缩。

4、 malloc是从堆里面申请内存,也就是说函数返回的指针是指向堆里面的一块内存。操作系统中有一个记录空闲内存地址的链表。当操作系统收到程序的申请时,就会遍历该链表,然后就寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点,然后就将该结点从空闲结点链表中删除,并将该结点的空间分配给程序。

4、malloc、realloc、calloc的区别

1)  malloc函数

void* malloc(unsigned int num_size);
int *p = malloc(20*sizeof(int));申请20个int类型的空间;

2)  calloc函数

void* calloc(size_t n,size_t size);
int *p = calloc(20, sizeof(int));

省去了人为空间计算;malloc申请的空间的值是随机初始化的,calloc申请的空间的值是初始化为0的;

3)  realloc函数

void realloc(void *p, size_t new_size);

给动态分配的空间分配额外的空间,用于扩充容量。

5、类成员初始化方式?构造函数的执行顺序 ?为什么用成员初始化列表会快一些?

1)  赋值初始化,通过在函数体内进行赋值初始化;列表初始化,在冒号后使用初始化列表进行初始化。

这两种方式的主要区别在于:

对于在函数体中初始化,是在所有的数据成员被分配内存空间后才进行的。

列表初始化是给数据成员分配内存空间时就进行初始化,就是说分配一个数据成员只要冒号后有此数据成员的赋值表达式(此表达式必须是括号赋值表达式),那么分配了内存空间后在进入函数体之前给数据成员赋值,就是说初始化这个数据成员此时函数体还未执行。

2)  一个派生类构造函数的执行顺序如下:

①  虚拟基类的构造函数(多个虚拟基类则按照继承的顺序执行构造函数)。

②  基类的构造函数(多个普通基类也按照继承的顺序执行构造函数)。

③  类类型的成员对象的构造函数(按照初始化顺序)

④  派生类自己的构造函数。

3)  方法一是在构造函数当中做赋值的操作,而方法二是做纯粹的初始化操作。我们都知道,C++的赋值操作是会产生临时对象的。临时对象的出现会降低程序的效率。

6、成员列表初始化?

1)  必须使用成员初始化的四种情况

①   当初始化一个引用成员时;

②   当初始化一个常量成员时;

③   当调用一个基类的构造函数,而它拥有一组参数时;

④   当调用一个成员类的构造函数,而它拥有一组参数时;

2)  成员初始化列表做了什么

①   编译器会一一操作初始化列表,以适当的顺序在构造函数之内安插初始化操作,并且在任何显示用户代码之前;

②   list中的项目顺序是由类中的成员声明顺序决定的,不是由初始化列表的顺序决定的;

7、什么是内存泄露,如何检测与避免

内存泄露

一般我们常说的内存泄漏是指堆内存的泄漏。堆内存是指程序从堆中分配的,大小任意的(内存块的大小可以在程序运行期决定)内存块,使用完后必须显式释放的内存。应用程序般使用malloc,、realloc、 new等函数从堆中分配到块内存,使用完后,程序必须负责相应的调用free或delete释放该内存块,否则,这块内存就不能被再次使用,我们就说这块内存泄漏了

避免内存泄露的几种方式

  • 计数法:使用new或者malloc时,让该数+1,delete或free时,该数-1,程序执行完打印这个计数,如果不为0则表示存在内存泄露
  • 一定要将基类的析构函数声明为虚函数
  • 对象数组的释放一定要用delete []
  • 有new就有delete,有malloc就有free,保证它们一定成对出现

检测工具

  • Linux下可以使用Valgrind工具
  • Windows下可以使用CRT库

8、对象复用的了解,零拷贝的了解

对象复用

对象复用其本质是一种设计模式:Flyweight享元模式。

通过将对象存储到“对象池”中实现对象的重复利用,这样可以避免多次创建重复对象的开销,节约系统资源。

零拷贝

零拷贝就是一种避免 CPU 将数据从一块存储拷贝到另外一块存储的技术。

零拷贝技术可以减少数据拷贝和共享总线操作的次数。

在C++中,vector的一个成员函数emplace_back()很好地体现了零拷贝技术,它跟push_back()函数一样可以将一个元素插入容器尾部,区别在于:使用push_back()函数需要调用拷贝构造函数和转移构造函数,而使用emplace_back()插入的元素原地构造,不需要触发拷贝构造和转移构造,效率更高。举个例子:

#include <vector>
#include <string>
#include <iostream>
using namespace std;

struct Person
{
    string name;
    int age;
    //初始构造函数
    Person(string p_name, int p_age): name(std::move(p_name)), age(p_age)
    {
         cout << "I have been constructed" <<endl;
    }
     //拷贝构造函数
     Person(const Person& other): name(std::move(other.name)), age(other.age)
    {
         cout << "I have been copy constructed" <<endl;
    }
     //转移构造函数
     Person(Person&& other): name(std::move(other.name)), age(other.age)
    {
         cout << "I have been moved"<<endl;
    }
};

int main()
{
    vector<Person> e;
    cout << "emplace_back:" <<endl;
    e.emplace_back("Jane", 23); //不用构造类对象

    vector<Person> p;
    cout << "push_back:"<<endl;
    p.push_back(Person("Mike",36));
    return 0;
}
//输出结果:
//emplace_back:
//I have been constructed
//push_back:
//I have been constructed
//I am being moved.

9、解释一下什么是trivial destructor

trivial destructor”一般是指用户没有自定义析构函数,而由系统生成的,这种析构函数在《STL源码解析》中成为“无关痛痒”的析构函数。

反之,用户自定义了析构函数,则称之为“non-trivial destructor”,这种析构函数如果申请了新的空间一定要显式的释放,否则会造成内存泄露

对于trivial destructor,如果每次都进行调用,显然对效率是一种伤害,如何进行判断呢?《STL源码解析》中给出的说明是:

首先利用value_type()获取所指对象的型别,再利用type_traits判断该型别的析构函数是否trivial,若是(true_type),则什么也不做,若为(__false_type),则去调用destory()函数

也就是说,在实际的应用当中,STL库提供了相关的判断方法__type_traits,感兴趣的读者可以自行查阅使用方式。除了trivial destructor,还有trivial construct、trivial copy construct等,如果能够对是否trivial进行区分,可以采用内存处理函数memcpy()、malloc()等更加高效的完成相关操作,提升效率。

10、介绍面向对象的三大特性,并且举例说明

三大特性:继承、封装和多态

(1)继承

让某种类型对象获得另一个类型对象的属性和方法。

它可以使用现有类的所有功能,并在无需重新编写原来的类的情况下对这些功能进行扩展

常见的继承有三种方式:

  1. 实现继承:指使用基类的属性和方法而无需额外编码的能力
  2. 接口继承:指仅使用属性和方法的名称、但是子类必须提供实现的能力
  3. 可视继承:指子窗体(类)使用基窗体(类)的外观和实现代码的能力(C++里好像不怎么用)

例如,将人定义为一个抽象类,拥有姓名、性别、年龄等公共属性,吃饭、睡觉、走路等公共方法,在定义一个具体的人时,就可以继承这个抽象类,既保留了公共属性和方法,也可以在此基础上扩展跳舞、唱歌等特有方法

(2)封装

数据和代码捆绑在一起,避免外界干扰和不确定性访问。

封装,也就是把客观事物封装成抽象的类,并且类可以把自己的数据和方法只让可信的类或者对象操作,对不可信的进行信息隐藏,例如:将公共的数据或方法使用public修饰,而不希望被访问的数据或方法采用private修饰。

(3)多态

同一事物表现出不同事物的能力,即向不同对象发送同一消息,不同的对象在接收时会产生不同的行为(重载实现编译时多态,虚函数实现运行时多态)

多态性是允许你将父对象设置成为和一个或更多的他的子对象相等的技术,赋值之后,父对象就可以根据当前赋值给它的子对象的特性以不同的方式运作。简单一句话:允许将子类类型的指针赋值给父类类型的指针

实现多态有二种方式:覆盖(override),重载(overload)。覆盖:是指子类重新定义父类的虚函数的做法。重载:是指允许存在多个同名函数,而这些函数的参数表不同(或许参数个数不同,或许参数类型不同,或许两者都不同)。例如:基类是一个抽象对象——人,那教师、运动员也是人,而使用这个抽象对象既可以表示教师、也可以表示运动员。

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