C++面试基础知识整理（2）

引用和指针的区别

• 指针是一个实体，需要分配内存空间；引用只是变量的别名，不需要分配内存空间。
• 引用在定义的时候必须进行初始化，并且不能够改变。指针在定义的时候不一定要初始化，并且指向的空间可变。
• 指针和引用的自增运算结果不一样。（指针是指向下一个空间，引用时引用的变量值加1）
• sizeof 引用得到的是所指向的变量（对象）的大小，而sizeof 指针得到的是指针本身的大小。
• 引用访问一个变量是直接访问，而指针访问一个变量是间接访问。
• 有多级指针，但是没有多级引用，只能有一级引用。

new/delete

问题

和malloc/free的区别

• new/delete是C++关键字，需要编译器支持。malloc/free是库函数，需要头文件支持。
• new会自动调用对象的构造函数，而malloc只是单纯的分配内存。
• 参数：使用new操作符申请内存分配时不是必须指定内存块的大小，编译器会根据类型信息自行计算。而malloc则需要显式地指出所需内存的尺寸。
• 返回类型：new操作符内存分配成功时，返回的是对象类型的指针，类型严格与对象匹配，无须进行类型转换，故new是符合类型安全性的操作符。而malloc内存分配成功则是返回void * ，需要通过强制类型转换将void*指针转换成我们需要的类型。
• 内存分配失败时：new内存分配失败时，会抛出bac_alloc异常。malloc分配内存失败时返回NULL。
• 重载：new允许重载，malloc不允许
• 内存区域：new操作符从自由存储区（free store）上为对象动态分配内存空间，而malloc函数从堆上动态分配内存。

什么时候需要重载new/delete

• 通过重载new和delete操作符，我们有机会在对象创建和释放的时候做一些内存管理的工作。比如，每次new一个Obj对象，我们递增new被调用的次数。delete的时候再递减。当程序退出时，我们检查该次数是否归0。如果不为0，则表示有Obj对象没有被delete，这很可能就是内存泄露的潜在原因。
• 一般情况下，我们重载new和delete的目的是将内存创建和对象构造分隔开来。这样有什么好处呢？比如我们可以先创建一个大的内存，然后通过重载new函数将对象构造在这块内存中。当程序退出后，我们只要释放这个大内存即可。

const

作用

1. 修饰变量，说明该变量不可以被改变；
2. 修饰指针，分为指向常量的指针和指针常量；
3. 常量引用，经常用于形参类型，即避免了拷贝，又避免了函数对值的修改；
4. 修饰成员函数，说明该成员函数内不能修改成员变量。
5. 修饰对象，常对象只能调用常成员函数、更新常成员变量

使用

// 类
class A
{
    
    
private:
    const int a;                // 常对象成员，只能在初始化列表赋值

public:
    // 构造函数
    A() : a(0) {
    
     };
    A(int x) : a(x) {
    
     };        // 初始化列表

    // const可用于对重载函数的区分
    int getValue();             // 普通成员函数
    int getValue() const;       // 常成员函数，不得修改类中的任何数据成员的值
};

void function()
{
    
    
    // 对象
    A b;                        // 普通对象，可以调用全部成员函数
    const A a;                  // 常对象，只能调用常成员函数、更新常成员变量
    a.getValue();				// 调用的是常成员函数
    
    const A *p = &a;            // 常指针
    const A &q = a;             // 常引用

    // 指针
    char greeting[] = "Hello";
    char* p1 = greeting;                // 指针变量，指向字符数组变量
    const char* p2 = greeting;          // 指针变量，指向字符数组常量（被const修饰的是char，说明char不可修改，是底层const）
    char const *p3 = greeting;			// 同上
    char* const p4 = greeting;          // 常指针，指向字符数组变量（被const修饰的是p4指针，说明指针不可修改，是顶层const）
    const char* const p5 = greeting;    // 常指针，指向字符数组常量（被const修饰的是char和p5指针，指针和指向对象的值都不能修改，第一个是底层const，第二个是顶层const）
}

// 函数
void function1(const int Var);           // 传递过来的参数在函数内不可变
void function2(const char* Var);         // 参数指针所指内容为常量
void function3(char* const Var);         // 参数指针为常指针
void function4(const int& Var);          // 引用参数在函数内为常量

// 函数返回值
const int function5();      // 返回一个常数
const int* function6();     // 返回一个指向常量的指针变量，使用：const int *p = function6();
int* const function7();     // 返回一个指向变量的常指针，使用：int* const p = function7();

问题

为什么常成员函数不能修改类中的数据成员？

class A
{
    
    
public:
    int m_ia;
	int setValue() const
    {
    
    
        m_ia=10;
    }
    // 常成员函数等价于
    int setValue(const A *this)
    {
    
    
        this->m_ia=10;// 修改常指针的值是错误的！
    }
}

static

作用

1. 修饰普通变量，修改变量的存储区域和生命周期，使变量存储在静态区，在 main 函数运行前就分配了空间，如果有初始值就用初始值初始化它，如果没有初始值系统用默认值初始化它。
2. 修饰普通函数，表明函数的作用范围，仅在定义该函数的文件内才能使用。在多人开发项目时，为了防止与他人命名空间里的函数重名，可以将函数定位为 static。
3. 修饰成员变量，修饰成员变量使所有的对象只保存一个该变量，而且不需要生成对象就可以访问该成员。
4. 修饰成员函数，修饰成员函数使得不需要生成对象就可以访问该函数，但是在 static 函数内不能访问非静态成员。

使用

• 静态数据成员必须单独初始化
• 静态成员函数不能调用非静态成员函数和非静态数据成员
• 静态数据成员只有一份，且不依赖对象而存在。

class Tank
{
    
    
public:
    Tank(){
    
    s_iCount++;}
    ~Tank(){
    
    s_iCount--;}
    static int getCount(){
    
    return s_iCount;}
    static int s_iCount;
}
int Tank::s_iCount=0;// 单独初始化，不用再加static关键字
int main()
{
    
    
    cout<<Tank::getCount()<<endl;
    cout<<Tank::s_iCount<<endl;
    Tangk tank;
    cout<<tank.getCount()<<endl;
    cout<<tank.s_iCount<<endl;
    return 0;
}

问题

为什么不能在类的内部定义以及初始化static成员变量，而必须要放到类的外部定义

• 答：因为静态成员属于整个类，而不属于某个对象，如果在类内初始化，会导致每个对象都包含该静态成员，这是矛盾的。静态的数据成员不依赖于对象的实例化。因此，也不会在类的构造函数中去初始化。

static关键字为什么只能出现在类内部的声明语句中，而不能重复出现在类外的定义中

• 答：如果类外定义函数时在函数名前加了static，因为作用域的限制，就只能在当前cpp里用，类本来就是为了给程序里各种地方用的，其他地方使用类是包含类的头文件，而无法包含类的源文件。

强制类型转换符

const_cast

• const_cast主要是用来移除变量的const限定符。

使用

int num_e = 4;
const int* p_e = &num_e;
int* p_f = const_cast<int*>(p_e);  	//使用时一定要知道num_e不是const的类型。
*p_f = 5;
cout << "num_e: " << num_e << endl;	// 输出5
cout << "p_e: " << *p_e << endl;	// 输出5
cout << "p_f: " << *p_f << endl;	// 输出5

• 如果所指向的对象是个底层const

const int num_e = 4;				// 是个底层const
const int* p_e = &num_e;
int* p_f = const_cast<int*>(p_e); 
*p_f = 5;
cout << "num_e: " << num_e << endl;	// 输出4
cout << "p_e: " << *p_e << endl;	// 输出5
cout << "p_f: " << *p_f << endl;	// 输出5

• 这种行为属于未定义行为，且num_e的值并未改变

• 也可以使用const_cast将变量添加const限定符

const string& shorter(const string& s1, const string& s2) {
    
    
	return s1.size() <= s2.size() ? s1 : s2;
}

string& shorter(string& s1, string& s2) {
    
    
	auto &r = shorter(const_cast<const string&>(s1), const_cast<const string&>(s2));
	//auto等号右边为引用，类型会忽略掉引用
	return const_cast<string&>(r);
}

static_cast

• 用于非多态类型的转换
• 不执行运行时类型检查（转换安全性不如 dynamic_cast）
• 通常用于转换数值数据类型（如 float -> int）
• 可以在整个类层次结构中移动指针，子类转化为父类安全（向上转换），父类转化为子类不安全（因为子类可能有不在父类的字段或方法）

dynamic_cast

• 运行时类型识别RTTI
• 用于多态类型的转换
• 执行行运行时类型检查
• 只适用于指针或引用
• 对不明确的指针的转换将失败（返回 nullptr），但不引发异常；引用转换失败后会抛出std::bad_cast异常。
• 可以在整个类层次结构中移动指针，包括向上转换、向下转换