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C++面向对象的三大特性：封装，继承，多态

（1）封装是将数据和函数组合到一个类里。主要目的是隐藏内部的实现细节，仅暴露必要的接口给外部。通过封装，可以控制类成员的访问级别（例如：public、protected 和 private）。

（2）继承是派生类获得基类的属性和方法。提高代码复用性。public、protected、private。

（3）多态是同一个函数在不同的对象上表现形式不同。主要通过重载和重写实现的，重载在编译阶段完成，属于静态的多态，重写是利用虚函数和动态绑定实现，属于动态多态。

【补充】重载是利用名称修饰技术来改函数名，区分参数列表不同的参数。

解释虚函数与虚函数表

（1）虚函数是C++中实现运行时多态的机制。重写是利用虚函数和动态绑定实现的，在基类函数前加上virtual，派生类中重写，运行时就会根据对象的实际类型去调用。

（2）虚函数表：每个有虚函数的类都会维护一个虚函数表(vtable)，存储了该类所有虚函数的指针。调用虚函数时，程序通过vptr找到虚函数表，再通过表中的函数指针调用正确的函数实现。

【补充】对象创建时，编译器会在对象内存布局的最前面加一个vptr指针，指向该类的虚函数表。调用虚函数时，程序通过vptr找到虚函数表，再通过表中的函数指针调用正确的函数实现。

【补充】虚函数表在内存中包含：

指向类型信息的指针(RTTI)，该类所有虚函数的实际地址，可能包含继承链中父类的虚函数地址，派生类的虚函数表会继承基类的虚函数表内容，并用派生类重写的函数地址覆盖对应的表项。纯虚函数在虚函数表中的位置会被保留，但指向一个特殊的"未实现"处理函数。

你对重载运算符了解多少？

首先只能重载已有的运算符，并且运算符的优先级、操作数个数、结合律和原来的一致。

其次是重载方式分为成员运算符和非成员运算符，区别是成员运算符少一个参数。

【补充】下标运算符、箭头运算符必须是成员运算符

重载、重写与隐藏

（1）重载是指相同作用域(命名空间、类)内有相同的函数名，但是参数列表不同。它根据参数不同来调用不同的函数。

【补充】返回值不能作为重载的区分条件

（2）重写是指在派生类中重新定义基类中的方法。在需要改变或扩展基类方法时使用。

【补充】基类中被重写的函数有virtual修饰，派生类在重写时要有相同的名称、参数列表、返回类型，只有函数体内不同。

（3）隐藏是指派生类的函数屏蔽了与其同名的基类函数。注意只要同名函数，不管参数列表是否相同，基类函数都会被隐藏。

【面试】在隐藏或者重写的情况下，如何调用基类的函数？

答：使用作用域解析符::，类名::函数名()，或者通过基类指针或引用调用。

malloc、new，free、delete的异同

malloc和free是C语言中的库函数，而new和delete是C++ 运算符，会调用它的构造和析构函数，而且运算符可以被重载。不过new和delete的底层会调用malloc和free。

【补充】malloc和free需要指定大小，返回的是void*类型，需要进行强制类型转换。

【补充】new的底层会调用operator new，而它又会使用malloc分配内存，而malloc的底层是系统调用。delete 先调用析构函数释放对象资源，再通过 operator delete释放内存，调用free 直接归还内存给系统。

malloc 1KB和1MB 有什么区别？

malloc() 并不是系统调用，而是 C 库里的函数，用于动态分配内存。它的源码里默认定义了一个阈值：

如果用户分配的内存小于阈值，则通过 brk() 系统调用从堆分配内存。

如果用户分配的内存大于阈值，则通过 mmap() 系统调用在文件映射区域分配内存；

字节序问题

大端字节序：高位字节存储在低地址处，低位字节存储在高地址处

低位字节序：低位字节存储在低地址处，高位字节存储在高地址处

【补充】网络字节序使用的是大端字节序

Explicit关键字

用于防止隐式转换。防止编译器自动执行预期外的类型转换，提高代码的安全性。

define、const、inline、typedef的区别

define，发生在预处理阶段，用于定义宏、常量，但是定义的常量没有类型检查，作用域是全局作用域，不受命名空间限制。

Const发生在编译阶段，定义的常量是带类型的，会存储在内存中，有利于类型转换。

Inline内联函数，在函数声明前加上 inline 关键字。

typedef 发生在编译阶段处理的，有更严格的类型检查，用于为现有类型创建别名。

【补充】定义为内联函数不一定会进行内联，就像mysql的索引优化一样，编译器内部会进行判断，选择最优的结果。优点是类型安全、可调试、可优化，缺点是函数体被复制多次，占用更多的代码段空间，某些情况下会导致代码膨胀，所以只适用于简单代码。

C++类对象的初始化

（1）基类初始化

如果当前类继承自一个或多个基类，它们将按照声明顺序进行初始化，有虚继承和一般继承的情况下，优先虚继承。

（2）成员变量初始化

按照在类定义中的声明顺序进行初始化（只与声明顺序有关）。

（3）执行构造函数

深copy与浅copy

浅拷贝是复制指针值，也就是地址，这会导致新旧对象共享同一块内存。而深拷贝不仅复制指针，还会创建新的内存空间去拷贝数据，每个对象都有自己独立的副本。

【补充】默认情况下，C++使用浅拷贝，效率高，但是有安全隐患：比如一个对象释放了内存，另一个对象的指针就会变成悬空的，访问会导致未定义行为；其次，当多个对象析构时，会多次释放同一块内存，造成程序崩溃。

【补充】深拷贝，需要自定义拷贝构造函数和赋值运算符重载。拷贝构造函数中，要为指针成员分配新的内存，并拷贝原始对象的数据；赋值运算符重载中，除了拷贝数据外，还需要先释放对象原有的内存，处理自赋值的情况。

使用智能指针，shared_ptr共享所有权，unique_ptr独占所有权。

Static类成员函数和类静态变量

static 函数是静态成员函数，它与类本身相关，而不是与类的对象。可以将其视为在类作用域下的全局函数。

【补充】静态函数没有 this 指针，不能访问任何非静态成员变量。

C++11新特性

（1）auto关键字编译器自动推断变量类型。

（2）基于范围的for循环,简化容器遍历语法

（3）智能指针：引入内存管理类，减少内存泄漏：

std::unique_ptr：独占所有权的智能指针，

std::shared_ptr：共享所有权的智能指针，

std::weak_ptr：不增加引用计数的智能指针。

（4）移动语义和右值引用，提高资源利用效率。

（5）Lambda表达式，支持匿名函数。

（6）nullptr更安全的空指针常量。

（7）委托构造函数，构造函数可以调用同类其他构造函数。

右值引用

右值引用简单来说，就是可以延长某块内存的存活时间。一般情况下，变量生命周期结束，它就被销毁了，比如，函数中的临时变量，在函数退出之后销毁。如果想要延长使用时间，就可以使用右值引用，此时生命周期变为右值引用的生命周期。

【补充】右值引用构造函数（移动构造函数），复用另外一个对象中的资源（堆内存）。移动构造对资源进行了转移，而普通的拷贝构造函数会使得多个对象的指针指向同一块内存。

【补充】左右值不是等号的左右，关于左值有个关键字是lvalue（locator value），字面意思是可通过地址定位到这个数据，所以左值是可以进行取地址操作。右值是rvalue（read value），只读的数据。所以一般能进行取地址操作的是左值，不能的是右值。

【补充】不管是左值引用还是右值引用都是别名，不占用内存空间。实现方面右值引用比左值引用多写一个取地址符。语法上我们只能通过右值去初始化右值引用。同类型的左值、右值引用，右值常量引用等都可以用来初始化常量左值引用（const T&）。

智能指针

（1）std::unique_ptr (独占指针)

特点：独占所有权，同一时间只能有一个unique_ptr指向特定对象

不能复制，但可以通过std::move转移所有权，离开作用域时自动释放所管理的内存，零开销（与原始指针相比几乎没有额外成本）

std::unique_ptr<MyClass> ptr(new MyClass());// 或者更好的方式（C++14起）：auto ptr = std::make_unique<MyClass>();

（2）std::shared_ptr (共享指针) 可以使用std::make_shared

特点：共享所有权，多个shared_ptr可以指向同一个对象

使用引用计数机制跟踪资源，当最后一个shared_ptr被销毁时释放资源，需要额外内存，有少量额外开销

（3）std::weak_ptr (弱指针)

特点：不增加引用计数，不会阻止对象被销毁

用于解决shared_ptr的循环引用问题，必须转换为shared_ptr才能访问对象

static_cast、dynamic_cast、 const_cast、 reinterpret_cast类型转换

（1）static_cast在编译时执行类型转换，在进行指针或引用类型转换时，需要自己保证合法性。如果想要运行时类型检查，可以使用dynamic_cast进行安全的向下类型转换

（2）dynamic_cast在C++中主要应用于父子类层次结构中的安全类型转换。

它在运行时执行类型检查，因此相比于static_cast，它更加安全

dynamic_cast <new_type> (expression)

（3）const_cast
new_type 必须是一个指针、引用或者指向对象类型成员的指针。当需要使用const对象调用非const成员函数时，可以使用const_cast删除对象的const属性

const_cast <new_type> (expression)

（4） reinterpret_cast

reinterpret_cast用于在不同类型之间进行低级别的转换。

reinterpret_cast <new_type> (expression)

Lamada表达式

Lambda 表达式是一种匿名函数，可以在需要的地方内联定义函数，不用单独声明命名函数。作为回调函数时，常用。

[capture](parameters) -> return_type {// 函数体}

捕获列表 (capture)：定义哪些外部变量可以在 lambda 体内使用

参数列表 (parameters)：与普通函数参数类似

返回类型 (return_type)：可选的，编译器通常可以自动推导

函数体：包含 lambda 要执行的代码

map、set是怎么样实现的，红黑树是怎么样能够同时实现这两种容器？为什么使用红黑树？

（1）底层都是以红黑树的结构实现，插入删除等操作都在对数级别O(log n)完成的，比较高效；

（2）通过定义了模版特化和仿函数，使用同一棵红黑树：基于模板的RBTree<Key, Value, KeyOfValue, Compare>。但是不同节点数据：set：Value = Key，直接存值，map：Value = pair<const Key, T>，存键值对。通过仿函数KeyOfValue从Value中提取比较键，set用Identity：直接返回值，map用SelectFirst。

（3）因为map和set要求是自动排序的，红黑树能够实现这一功能，而且时间复杂度比较低。