C++基礎知識面試必備、複習細節 (3)

C++基礎知識面試必備、複習細節 (3)

vector擴容原理說明

• 新增元素：Vector通過一個連續的數組存放元素，如果集合已滿，在新增數據的時候，就要分配一塊更大的內存，將原來的數據複製過來，釋放之前的內存，在插入新增的元素；
• 對vector的任何操作，一旦引起空間重新配置，指向原vector的所有迭代器就都失效了 ；
• 初始時刻vector的capacity爲0，塞入第一個元素後capacity增加爲1；
• 不同的編譯器實現的擴容方式不一樣，VS2015中以1.5倍擴容，GCC以2倍擴容。

c++類型安全

• c++遠比C更有類型安全性
• c++的一些新的機制保障類型安全：
  • new返回的指針類型嚴格與對象匹配，而不是malloc返回的void*空類型指針
  • c++提供了dynamic_cast關鍵字，使得轉換過程更加安全
  • 引入const關鍵字代替#define constants，有類型和作用域，而#define constants是簡單的文本替換；

C++中四種類型轉換方式

轉換類型操作符	作用
static_cast	靜態類型轉換，類似於c的強制類型轉換。包括：基本的數據類型轉換，int到float等；
const_cast	去掉類型的const或volatile屬性
dynamic_cast	有條件轉換，動態類型轉換，運行時檢查類型安全（轉換失敗返回NULL） 通常用於基類和子類之間的轉換
reinterpret_cast	僅重新解釋類型，但沒有進行二進制的轉換，可以進行不同類型的指針轉換 該轉換較危險，很少使用，慎用

c++11的新特性

• auto : auto可以根據上下文推測變量類型 auto聲明的變量必須要初始化.

  auto實際上實在編譯時對變量進行了類型推導，所以不會對程序的運行效率造成不良影響

• nullptr:替換NULL，避免NULL可能導致的問題 NULL在C++中代表着0，而nullptr在任何時候都代表空指針。

• 基於範圍的for循環:

  vector<int> v{1,2,3,4,5};
  for(const auto& e : v)
  	cout<<e<<endl;
  

• 虛函數的override和final指示符

  • override，表示函數應當重寫基類中的虛函數
  • final，表示派生類不應當重寫這個虛函數

• 智能指針：爲防止內存泄露等問題，用一個對象來管理野指針，使得在該對象構造時獲得該指針管理權，析構時自動釋放。包含在頭文件<memory>中

  智能指針名稱	細節
  auto_ptr	基於所有權轉移。 ( 已經被c++11拋棄)缺點：一個空間不能由兩個auto_ptr管理，不然會析構兩次；auto_ptr的拷貝構造會將原指針的管理權交給目標指針，會使得原指針懸空。故auto_ptr會導致一些內存泄漏和野指針問題
  unique_ptr	“唯一”擁有其所指對象，保證同一時間內只有一個智能指針可以指向該對象。有效避免資源泄露(例如“以new創建對象後因爲發生異常而忘記調用delete”) 不共享它的指針，無法複製到其他unique_ptr（無拷貝構造函數），無法通過值傳遞到函數（無拷貝構造）
  shared_ptr	允許多個指針可以同時指向一個對象，當最後一個shared_ptr離開作用域時，內存纔會自動釋放。shared_ptr使用引用計數，每一個shared_ptr的拷貝都指向相同的內存。每使用他一次，內部的引用計數加1，每析構一次，內部的引用計數減1，減爲0時，自動刪除所指向的堆內存。注意避免循環引用，shared_ptr的一個最大的陷阱是循環引用(當兩個對象相互使用一個shared_ptr成員變量指向對方，會造成循環引用，使引用計數失效，從而導致內存泄漏)
  weak_ptr	不增加計數，爲了解決shared_ptr存在相互引用的問題，確保能夠正確析構。是一種不控制對象生命週期的智能指針, 它指向一個 shared_ptr 管理的對象。最大作用在於協助shared_ptr工作，像旁觀者那樣觀測資源的使用情況。weak_ptr可以從一個shared_ptr或者另一個weak_ptr對象構造，獲得資源的觀測權。但weak_ptr沒有共享資源，它的構造不會引起指針引用計數的增加。

• STL

  容器名稱	細節
  unordered_map	採用HASH MAP實現(map內部實現了一個紅黑樹,故查找時間複雜度爲O(logn), unordered_map通過哈希映射實現查找複雜度爲O(1));如果沒有順序遍歷需求採用unordered_map通常更優
  unordered_set	採用HASH MAP實現(set採用紅黑樹實現)
  array	具有固定大小的數組。支持快速隨機訪問。不能添加或刪除元素。array除了有傳統數組支持隨機訪問、效率高、存儲大小固定等特點外，還支持迭代器訪問、獲取容量、獲得原始指針等高級功能
  forward_list	單向鏈表。forward_list和list的區別在於前者是單向鏈表，它的迭代器是前向有效的；後者是雙向鏈表，在內部存在兩個鏈接，它的迭代器是雙向有效的。

malloc/free 和new/delete

• 相同點：都可用於申請動態內存和釋放內存
• 區別：malloc只分配指定大小的堆內存空間，而new可以根據對象類型分配合適的堆內存空間。free釋放對應的堆內存空間，delete,先執行對象的析構函數，在釋放對象所佔空間。malloc分配時的大小是人爲計算的，返回類型是void*,使用時需要類型轉換，new在分配時，編譯器能夠根據對象類型自動計算出大小，返回類型是指向對象類型的指針。new調用構造函數構造對象，而malloc不能；delete將調用析構函數析構對象，而free不能

程序的內存分配

• 棧區：由編譯器自動分配與釋放，存放爲運行時函數分配的局部變量、函數參數、返回數據、返回地址等
• 堆區：一般由程序員分配釋放， 若程序員不釋放，程序結束時可能由OS回收
• 全局區（靜態區static）：存放全局變量、靜態數據、常量。程序結束後由系統釋放
• 常量區（文字常量區）：存放常量字符串，程序結束後有系統釋放
• 代碼區：存放函數體（類成員函數和全局區）的二進制代碼

內存分配方式

• 從靜態存儲區分配：內存在程序編譯的時候已經分配好，這塊內存在程序的整個運行期間都存在。例如全局變量，static變量。
• 在棧上創建：在執行函數時，函數內局部變量的存儲單元可以在棧上創建，函數執行結束時，這些內存單元會自動被釋放。棧內存分配運算內置於處理器的指令集，效率高，但是分配的內存容量有限
• 從堆上分配：程序在運行的時候使用malloc或者new申請任意多少的內存，程序員自己負責在何時用free或delete釋放內存。如果在堆上分配了空間，既有責任回收它，否則運行的程序會出現內存泄漏，頻繁的分配和釋放不同大小的堆空間將會產生內存碎片

C++類中數據成員初始化順序

1.成員變量在使用初始化列表初始化時，與構造函數中初始化成員列表的順序無關，只與定義成員變量的順序有關。

2.如果不使用初始化列表初始化，在構造函數內初始化時，此時與成員變量在構造函數中的位置有關。

3.類中const成員常量必須在構造函數初始化列表中初始化。

4.類中static成員變量，只能在類內外初始化(同一類的所有實例共享靜態成員變量)。

初始化順序：

• 1） 基類的靜態變量或全局變量

• 2） 派生類的靜態變量或全局變量

• 3） 基類的成員變量

• 4） 派生類的成員變量

虛函數的實現

• 一個含有虛函數（無論是其本身的，還是繼承而來的）的類都至少有一個與之對應的虛函數表，其中存放着該類所有的虛函數對應的函數指針
• 虛函數構造過程：
  • 先拷貝父類的虛函數表
  • 替換已重寫的虛函數指針
  • 增加自己再定義的虛函數指針