Momenta系统架构师C++实习一面
上来自我介绍之后，面试官很直接的说不问项目，直接问你C++相关问题，接下来就开始了一个小时的八股拷打。
C++部分
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介绍一下智能指针原理
智能指针是一个类，用来存储指向动态分配对象的指针，负责自动释放动态分配的对象，防止堆内存泄漏。动态分配的资源，交给一个类对象去管理，当类对象声明周期结束时，自动调用析构函数释放资源
常用的智能指针
(1) shared_ptr
实现原理：采用引用计数器的方法，允许多个智能指针指向同一个对象，每当多一个指针指向该对象时，指向该对象的所有智能指针内部的引用计数加1，每当减少一个智能指针指向对象时，引用计数会减1，当计数为0的时候会自动的释放动态分配的资源。
- 智能指针将一个计数器与类指向的对象相关联，引用计数器跟踪共有多少个类对象共享同一指针
- 每次创建类的新对象时，初始化指针并将引用计数置为1
- 当对象作为另一对象的副本而创建时，拷贝构造函数拷贝指针并增加与之相应的引用计数
- 对一个对象进行赋值时，赋值操作符减少左操作数所指对象的引用计数（如果引用计数为减至0，则删除对象），并增加右操作数所指对象的引用计数
- 调用析构函数时，构造函数减少引用计数（如果引用计数减至0，则删除基础对象）
(2) unique_ptr
unique_ptr采用的是独享所有权语义，一个非空的unique_ptr总是拥有它所指向的资源。转移一个unique_ptr将会把所有权全部从源指针转移给目标指针，源指针被置空；所以unique_ptr不支持普通的拷贝和赋值操作，不能用在STL标准容器中；局部变量的返回值除外（因为编译器知道要返回的对象将要被销毁）；如果你拷贝一个unique_ptr，那么拷贝结束后，这两个unique_ptr都会指向相同的资源，造成在结束时对同一内存指针多次释放而导致程序崩溃。
(3) weak_ptr
weak_ptr：弱引用。 引用计数有一个问题就是互相引用形成环（环形引用），这样两个指针指向的内存都无法释放。需要使用weak_ptr打破环形引用。weak_ptr是一个弱引用，它是为了配合shared_ptr而引入的一种智能指针，它指向一个由shared_ptr管理的对象而不影响所指对象的生命周期，也就是说，它只引用，不计数。如果一块内存被shared_ptr和weak_ptr同时引用，当所有shared_ptr析构了之后，不管还有没有weak_ptr引用该内存，内存也会被释放。所以weak_ptr不保证它指向的内存一定是有效的，在使用之前使用函数lock()检查weak_ptr是否为空指针。
(4) auto_ptr
主要是为了解决“有异常抛出时发生内存泄漏”的问题 。因为发生异常而无法正常释放内存。
auto_ptr有拷贝语义，拷贝后源对象变得无效，这可能引发很严重的问题；而unique_ptr则无拷贝语义，但提供了移动语义，这样的错误不再可能发生，因为很明显必须使用std::move()进行转移。
auto_ptr不支持拷贝和赋值操作，不能用在STL标准容器中。STL容器中的元素经常要支持拷贝、赋值操作，在这过程中auto_ptr会传递所有权，所以不能在STL中使用。
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unique_ptr如何保证独占？将拷贝构造函数和赋值操作符声明为private或者delete
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什么是RAII，了解它的含义吗？RAII全称是“Resource Acquisition is Initialization”，直译过来是“资源获取即初始化”，也就是说在构造函数中申请分配资源，在析构函数中释放资源。
因为C++的语言机制保证了，当一个对象创建的时候，自动调用构造函数，当对象超出作用域的时候会自动调用析构函数。所以，在RAII的指导下，我们应该使用类来管理资源，将资源和对象的生命周期绑定。
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为什么RAII可以在脱离作用域时自动释放资源？C++编译器通过词法分析将代码划分为不同的作用域。作用域是代码中声明的一个区域，在其中定义的变量和对象只在该区域内可见。当程序执行到作用域结束的位置时，对象会自动调用其析构函数进行资源的释放。
编译器使用栈来跟踪作用域，并在栈上维护对象的生命周期。每当进入新的作用域时，编译器会为该作用域中的变量和对象在栈上分配内存空间，并在作用域结束时自动释放相应的内存空间。
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什么是迭代器？- 迭代器是一种抽象的设计理念，通过迭代器可以在不了解容器内部原理的情况下遍历容器，除此之外，STL中迭代器一个最重要的作用就是作为容器与STL算法的粘合剂。
- 迭代器的作用就是提供一个遍历容器内部所有元素的接口，因此迭代器内部必须保存一个与容器相关联的指针，然后重载各种运算操作来遍历，其中最重要的是*运算符与->运算符，以及++、--等可能需要重载的运算符重载。这和C++中的智能指针很像，智能指针也是将一个指针封装，然后通过引用计数或是其他方法完成自动释放内存的功能。
- 迭代器有着比指针更细的划分并对应能力不同的功能（重载不同的运算符）、比如正向迭代器，双向迭代器，随机迭代器，并且属于一个模板类
- 最常用的迭代器的相应型别有五种：value type、difference type、pointer、reference、iterator catagoly;
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什么时候迭代器会失效？以vector为例：
- 插入元素
- 尾后插入：size < capacity时，首迭代器不失效尾迭代失效（未重新分配空间），size == capacity时，所有迭代器均失效（需要重新分配空间）。
- 中间插入：中间插入：size < capacity时，首迭代器不失效但插入元素之后所有迭代器失效，size == capacity时，所有迭代器均失效。
- 删除元素
- 尾后删除：只有尾迭代失效。
- 中间删除：删除位置之后所有迭代失效。
deque 和 vector 的情况类似,
list双向链表每一个节点内存不连续, 删除节点仅当前迭代器失效,erase返回下一个有效迭代器;
map/set等关联容器底层是红黑树删除节点不会影响其他节点的迭代器, 使用递增方法获取下一个迭代器 mmp.erase(iter++);
unordered_(hash) 迭代器意义不大, rehash之后, 迭代器应该也是全部失效
- 插入元素
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迭代器是如何根据模板类型的不同执行不同的操作的？答：可能通过enable_if或者函数参数的重载来实现的
实际上这种技术被称之为模板萃取，trait，STL源码剖析中有涉及到
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extern C关键字的作用？为什么要使用extern C？表示接下来的代码块是C语言写的，因此要按照C语言进行编译，而不是C++。
为什么要这样做？由于C++支持函数重载，因此编译器编译函数的过程中会将函数的参数类型也加到编译后的代码中，而不仅仅是函数名；而C语言并不支持函数重载，因此编译C语言代码的函数时不会带上函数的参数类型，一般之包括函数名。
这个功能十分有用处，因为在C++出现以前，很多代码都是C语言写的，而且很底层的库也是C语言写的，为了更好的支持原来的C代码和已经写好的C语言库，需要在C++中尽可能的支持C，而extern "C"就是其中的一个策略。
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virtual关键字的作用？虚函数表的你了解吗？派生类和基类虚表是一个吗？在基类的函数前加上virtual关键字，在派生类中重写该函数，运行时将会根据所指对象的实际类型来调用相应的函数，如果对象类型是派生类，就调用派生类的函数，如果对象类型是基类，就调用基类的函数。
虚表：虚函数表的缩写，类中含有virtual关键字修饰的方法时，编译器会自动生成虚表
虚表指针：在含有虚函数的类实例化对象时，对象地址的前四个字节存储的指向虚表的指针
当派生类对基类的虚函数没有重写时，派生类的虚表指针指向的是基类的虚表；当派生类对基类的虚函数重写时，派生类的虚表指针指向的是自身的虚表；当派生类中有自己的虚函数时，在自己的虚表中将此虚函数地址添加在后面。
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c++编译过程?-
预处理
主要处理源代码文件中的以“#”开头的预编译指令。处理规则见下：
- 删除所有的#define，展开所有的宏定义。
- 处理所有的条件预编译指令，如“#if”、“#endif”、“#ifdef”、“#elif”和“#else”。
- 处理“#include”预编译指令，将文件内容替换到它的位置，这个过程是递归进行的，文件中包含其他文件。
- 删除所有的注释，“//”和“/**/”。
- 保留所有的#pragma编译器指令，编译器需要用到他们，如：#pragma once是为了防止有文件被重复引用。
- 添加行号和文件标识，便于编译时编译器产生调试用的行号信息，和编译时产生编译错误或警告是能够显示行号。
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编译
把预编译之后生成的xxx.i或xxx.ii文件，进行一系列词法分析、语法分析、语义分析及优化后，生成相应的汇编代码文件。
- 词法分析：利用类似于“有限状态机”的算法，将源代码程序输入到扫描机中，将其中的字符序列分割成一系列的记号。
- 语法分析：语法分析器对由扫描器产生的记号，进行语法分析，产生语法树。由语法分析器输出的语法树是一种以表达式为节点的树。
- 语义分析：语法分析器只是完成了对表达式语法层面的分析，语义分析器则对表达式是否有意义进行判断，其分析的语义是静态语义——在编译期能分期的语义，相对应的动态语义是在运行期才能确定的语义。
- 优化：源代码级别的一个优化过程。
- 目标代码生成：由代码生成器将中间代码转换成目标机器代码，生成一系列的代码序列——汇编语言表示。
- 目标代码优化：目标代码优化器对上述的目标机器代码进行优化：寻找合适的寻址方式、使用位移来替代乘法运算、删除多余的指令等。
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汇编
将汇编代码转变成机器可以执行的指令(机器码文件)。 汇编器的汇编过程相对于编译器来说更简单，没 有复杂的语法，也没有语义，更不需要做指令优化，只是根据汇编指令和机器指令的对照表一一翻译过来，汇编过程有汇编器as完成。经汇编之后，产生目标文件(与可执行文件格式几乎一样) xxx.o(Linux 下)、xxx.obj(Window下)。
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链接
将不同的源文件产生的目标文件进行链接，从而形成一个可以执行的程序。
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生成的目标文件被称为elf格式文件，你对elf格式文件有什么了解吗？
ELF文件（目标文件）主要分为三种：
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可重定向文件(Relocatable file)：文件保存着代码和适当的数据，用来和其他的目标文件一起来创建一个可执行文件或者是一个共享目标文件。（目标文件或者静态库文件，即linux通常后缀为.a和.o的文件）这是由汇编器汇编生成的 .o 文件。后面的链接器(link editor)拿一个或一些 Relocatable object files 作为输入，经链接处理后，生成一个可执行的对象文件 (Executable file) 或者一个可被共享的对象文件(Shared object file)，内核可加载模块 .ko 文件也是 Relocatable object file
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可执行文件(Executable file)：文件保存着一个用来执行的程序。（例如bash，gcc等）
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共享目标文件：
即 .so 文件。如果拿前面的静态库来生成可执行程序，那每个生成的可执行程序中都会有一份库代码的拷贝。如果在磁盘中存储这些可执行程序，那就会占用额外的磁盘空 间；另外如果拿它们放到Linux系统上一起运行，也会浪费掉宝贵的物理内存。如果将静态库换成动态库，那么这些问题都不会出现
ELF文件的内部形态是什么样的？
一般的ELF文件有三个重要的索引表
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ELF header：在文件的开始，描述整个文件的组织。。
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Program header table：告诉系统如何创建进程映像。用来构造进程映像的目标文件必须具有程序头部表，可重定位文件不需要这个表。
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Section header table ：包含了描述文件节区的信息，每个节区在表中都有一项，每一项给出诸如节区名称、节区大小这类信息。用于链接的目标文件必须包含节区头部表，其他目标文件可以有，也可以没有这个表。
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sections 或者 segments：segments是从运行的角度来描述elf文件，sections是从链接的角度来描述elf文件，也就是说，在链接阶段，我们可以忽略program header table来处理此文件，在运行阶段可以忽略section header table来处理此程序（所以很多加固手段删除了section header table）。注意：segments与sections是包含的关系，一个segment包含若干个section。
动态链接和静态链接的区别？各自的优点和缺点？- 静态编译，编译器在编译可执行文件时，把需要用到的对应动态链接库中的部分提取出来，连接到可执行文件中去，使可执行文件在运行时不需要依赖于动态链接库；
- 动态编译的可执行文件需要附带一个动态链接库，在执行时，需要调用其对应动态链接库的命令。所以其优点一方面是缩小了执行文件本身的体积，另一方面是加快了编译速度，节省了系统资源。缺点是哪怕是很简单的程序，只用到了链接库的一两条命令，也需要附带一个相对庞大的链接库；二是如果其他计算机上没有安装对应的运行库，则用动态编译的可执行文件就不能运行
工程部分
- 使用过版本控制工具吗？git是如何解决版本冲突的？
- 了解git的merge和rebase吗？
- 内存泄漏定位和解决办法？
- GBD调记定位crash？
代码部分
实现一个自己的string类，要求能够满足赋值、拷贝等操作。
浙公网安备 33010602011771号