高频面试题演练

请你回答一下野指针是什么?

参考回答:

野指针就是指向一个已删除的对象或者未申请访问受限内存区域的指针。

说一说c++中四种cast转换

参考回答:

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

1、const_cast

用于将const变量转为非const

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。

向上转换:指的是子类向基类的转换

向下转换:指的是基类向子类的转换

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。

请你介绍一下C++中的智能指针

智能指针主要用于管理在堆上分配的内存,它将普通的指针封装为一个栈对象。当栈对象的生存周期结束后,会在析构函数中释放掉申请的内存,从而防止内存泄漏。C++ 11中最常用的智能指针类型为shared_ptr,它采用引用计数的方法,记录当前内存资源被多少个智能指针引用。该引用计数的内存在堆上分配。当新增一个时引用计数加1,当过期时引用计数减一。只有引用计数为0时,智能指针才会自动释放引用的内存资源。对shared_ptr进行初始化时不能将一个普通指针直接赋值给智能指针,因为一个是指针,一个是类。可以通过make_shared函数或者通过构造函数传入普通指针。并可以通过get函数获得普通指针。

请你回答一下智能指针有没有内存泄露的情况

当两个对象相互使用一个shared_ptr成员变量指向对方,会造成循环引用,使引用计数失效,从而导致内存泄漏。

请你来说一下智能指针的内存泄漏如何解决

为了解决循环引用导致的内存泄漏,引入了weak_ptr弱指针,weak_ptr的构造函数不会修改引用计数的值,从而不会对对象的内存进行管理,其类似一个普通指针,但不指向引用计数的共享内存,但是其可以检测到所管理的对象是否已经被释放,从而避免非法访问。

请你来说一下C++中的智能指针

C++里面的四个智能指针: auto_ptr, shared_ptr, weak_ptr, unique_ptr 其中后三个是c++11支持,并且第一个已经被11弃用。

为什么要使用智能指针:

智能指针的作用是管理一个指针,因为存在以下这种情况:申请的空间在函数结束时忘记释放,造成内存泄漏。使用智能指针可以很大程度上的避免这个问题,因为智能指针就是一个类,当超出了类的作用域是,类会自动调用析构函数,析构函数会自动释放资源。所以智能指针的作用原理就是在函数结束时自动释放内存空间,不需要手动释放内存空间。

2、unique_ptr(替换auto_ptr)

unique_ptr实现独占式拥有或严格拥有概念,保证同一时间内只有一个智能指针可以指向该对象。它对于避免资源泄露(例如“以new创建对象后因为发生异常而忘记调用delete”)特别有用。

3、shared_ptr

shared_ptr实现共享式拥有概念。多个智能指针可以指向相同对象,该对象和其相关资源会在“最后一个引用被销毁”时候释放。从名字share就可以看出了资源可以被多个指针共享,它使用计数机制来表明资源被几个指针共享。可以通过成员函数use_count()来查看资源的所有者个数。除了可以通过new来构造,还可以通过传入auto_ptr, unique_ptr,weak_ptr来构造。当我们调用release()时,当前指针会释放资源所有权,计数减一。当计数等于0时,资源会被释放

4、weak_ptr

weak_ptr 是一种不控制对象生命周期的智能指针, 它指向一个 shared_ptr 管理的对象. 进行该对象的内存管理的是那个强引用的 shared_ptr. weak_ptr只是提供了对管理对象的一个访问手段。weak_ptr 设计的目的是为配合 shared_ptr 而引入的一种智能指针来协助 shared_ptr 工作, 它只可以从一个 shared_ptr 或另一个 weak_ptr 对象构造, 它的构造和析构不会引起引用记数的增加或减少。weak_ptr是用来解决shared_ptr相互引用时的死锁问题,如果说两个shared_ptr相互引用,那么这两个指针的引用计数永远不可能下降为0,资源永远不会释放。它是对对象的一种弱引用,不会增加对象的引用计数,和shared_ptr之间可以相互转化,shared_ptr可以直接赋值给它,它可以通过调用lock函数来获得shared_ptr。

请你来说一下C++/C的内存分配

32bitCPU可寻址4G线性空间,每个进程都有各自独立的4G逻辑地址,其中0~3G是用户态空间,3~4G是内核空间,不同进程相同的逻辑地址会映射到不同的物理地址中。其逻辑地址其划分如下:

各个段说明如下:

3G用户空间和1G内核空间

静态区域:

text segment(代码段):包括只读存储区和文本区,其中只读存储区存储字符串常量,文本区存储程序的机器代码。

data segment(数据段):存储程序中已初始化的全局变量和静态变量

bss segment:存储未初始化的全局变量和静态变量(局部+全局),以及所有被初始化为0的全局变量和静态变量,对于未初始化的全局变量和静态变量,程序运行main之前时会统一清零。即未初始化的全局变量编译器会初始化为0

动态区域:

heap(堆): 当进程未调用malloc时是没有堆段的,只有调用malloc时采用分配一个堆,并且在程序运行过程中可以动态增加堆大小(移动break指针),从低地址向高地址增长。分配小内存时使用该区域。  堆的起始地址由mm_struct 结构体中的start_brk标识,结束地址由brk标识。

memory mapping segment(映射区):存储动态链接库等文件映射、申请大内存(malloc时调用mmap函数)

stack(栈):使用栈空间存储函数的返回地址、参数、局部变量、返回值,从高地址向低地址增长。在创建进程时会有一个最大栈大小,Linux可以通过ulimit命令指定。

请你来说一下共享内存相关api

参考回答:

Linux允许不同进程访问同一个逻辑内存,提供了一组API,头文件在sys/shm.h中。

参考回答:

reactor模型要求主线程只负责监听文件描述上是否有事件发生,有的话就立即将该事件通知工作线程,除此之外,主线程不做任何其他实质性的工作,读写数据、接受新的连接以及处理客户请求均在工作线程中完成。其模型组成如下:

1)Handle:即操作系统中的句柄,是对资源在操作系统层面上的一种抽象,它可以是打开的文件、一个连接(Socket)、Timer等。由于Reactor模式一般使用在网络编程中,因而这里一般指Socket Handle,即一个网络连接。

2)Synchronous Event Demultiplexer(同步事件复用器):阻塞等待一系列的Handle中的事件到来,如果阻塞等待返回,即表示在返回的Handle中可以不阻塞的执行返回的事件类型。这个模块一般使用操作系统的select来实现。

3)Initiation Dispatcher:用于管理Event Handler,即EventHandler的容器,用以注册、移除EventHandler等;另外,它还作为Reactor模式的入口调用Synchronous Event Demultiplexer的select方法以阻塞等待事件返回,当阻塞等待返回时,根据事件发生的Handle将其分发给对应的Event Handler处理,即回调EventHandler中的handle_event()方法。

4)Event Handler:定义事件处理方法:handle_event(),以供InitiationDispatcher回调使用。

5)Concrete Event Handler:事件EventHandler接口,实现特定事件处理逻辑。

请自己设计一下如何采用单线程的方式处理高并发

参考回答:

在单线程模型中,可以采用I/O复用来提高单线程处理多个请求的能力,然后再采用事件驱动模型,基于异步回调来处理事件来

请你详细介绍一下C++11中的可变参数模板、右值引用和lambda这几个新特性。

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

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。

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。

1.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

1.1 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。

1.2 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。

2. 系统IPC:

2.1 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。

2.2 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。

2.3 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。

2.4 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

3.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

请你说一说Linux虚拟地址空间、

为了防止不同进程同一时刻在物理内存中运行而对物理内存的争夺和践踏,采用了虚拟内存。

虚拟内存技术使得不同进程在运行过程中,它所看到的是自己独自占有了当前系统的4G内存。所有进程共享同一物理内存,每个进程只把自己目前需要的虚拟内存空间映射并存储到物理内存上。 事实上,在每个进程创建加载时,内核只是为进程“创建”了虚拟内存的布局,具体就是初始化进程控制表中内存相关的链表,实际上并不立即就把虚拟内存对应位置的程序数据和代码(比如.text .data段)拷贝到物理内存中,只是建立好虚拟内存和磁盘文件之间的映射就好(叫做存储器映射),等到运行到对应的程序时,才会通过缺页异常,来拷贝数据。还有进程运行过程中,要动态分配内存,比如malloc时,也只是分配了虚拟内存,即为这块虚拟内存对应的页表项做相应设置,当进程真正访问到此数据时,才引发缺页异常。

请求分页系统、请求分段系统和请求段页式系统都是针对虚拟内存的,通过请求实现内存与外存的信息置换。

请你说一说并发(concurrency)和并行(parallelism)

并发(concurrency):指宏观上看起来两个程序在同时运行,比如说在单核cpu上的多任务。但是从微观上看两个程序的指令是交织着运行的,你的指令之间穿插着我的指令,我的指令之间穿插着你的,在单个周期内只运行了一个指令。这种并发并不能提高计算机的性能,只能提高效率。

并行(parallelism):指严格物理意义上的同时运行,比如多核cpu,两个程序分别运行在两个核上,两者之间互不影响,单个周期内每个程序都运行了自己的指令,也就是运行了两条指令。这样说来并行的确提高了计算机的效率。所以现在的cpu都是往多核方面发展。

请问单核机器上写多线程程序,是否需要考虑加锁,为什么?

参考回答:

在单核机器上写多线程程序,仍然需要线程锁。因为线程锁通常用来实现线程的同步和通信。在单核机器上的多线程程序,仍然存在线程同步的问题。因为在抢占式操作系统中,通常为每个线程分配一个时间片,当某个线程时间片耗尽时,操作系统会将其挂起,然后运行另一个线程。如果这两个线程共享某些数据,不使用线程锁的前提下,可能会导致共享数据修改引起冲突。

请你说一说线程间的同步方式,最好说出具体的系统调用

信号量, 互斥量, 条件变量

游戏服务器应该为每个用户开辟一个线程还是一个进程,为什么?

游戏服务器应该为每个用户开辟一个进程。因为同一进程间的线程会相互影响,一个线程死掉会影响其他线程,从而导致进程崩溃。因此为了保证不同用户之间不会相互影响,应该为每个用户开辟一个进程

请问进程间怎么通信

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。

请你说一说死锁发生的条件以及如何解决死锁

参考回答:

死锁是指两个或两个以上进程在执行过程中,因争夺资源而造成的下相互等待的现象。死锁发生的四个必要条件如下:

互斥条件:进程对所分配到的资源不允许其他进程访问,若其他进程访问该资源,只能等待,直至占有该资源的进程使用完成后释放该资源;

请求和保持条件:进程获得一定的资源后,又对其他资源发出请求,但是该资源可能被其他进程占有,此时请求阻塞,但该进程不会释放自己已经占有的资源

不可剥夺条件:进程已获得的资源,在未完成使用之前,不可被剥夺,只能在使用后自己释放

环路等待条件:进程发生死锁后,必然存在一个进程-资源之间的环形链

解决死锁的方法即破坏上述四个条件之一,主要方法如下:

资源一次性分配,从而剥夺请求和保持条件

可剥夺资源:即当进程新的资源未得到满足时,释放已占有的资源,从而破坏不可剥夺的条件

资源有序分配法:系统给每类资源赋予一个序号,每个进程按编号递增的请求资源,释放则相反,从而破坏环路等待的条件

请你说一说进程状态转换图,动态就绪,静态就绪,动态阻塞,静态阻塞

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