C++ 面试必备知识大全：从基础到高级特性全面解析

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C++ 面试中常见的问题涵盖了语言基础、面向对象编程、内存管理、STL（标准模板库）、并发编程、设计模式等。以下是一些常见的 C++ 面试问题及其详细答案总结：

1. C++ 中的构造函数和析构函数是什么？有什么作用？

• 构造函数 是一个特殊的成员函数，当创建对象时自动调用，用于初始化对象。其名称与类名相同，没有返回类型。
• 析构函数 是在对象被销毁时自动调用的特殊成员函数，负责释放对象占用的资源。其名称是类名前加一个波浪符号（~），也没有返回类型。
• 作用：构造函数初始化对象，析构函数清理和释放资源。

2. 深拷贝和浅拷贝的区别？

• 浅拷贝（Shallow Copy）：复制对象时，只复制对象的地址，多个对象指向同一块内存区域。改变一个对象的内容会影响另一个对象。
• 深拷贝（Deep Copy）：复制对象时，不仅复制对象本身，还会为该对象的指针成员分配新的内存，两个对象独立存在。
• 问题：如果使用浅拷贝，当对象释放时可能会发生“悬空指针”问题。

3. C++ 中的虚函数是什么？什么时候使用？

• 虚函数 是用 virtual 关键字修饰的成员函数，允许子类重写该函数，实现多态行为。
• 作用：通过基类的指针或引用调用子类的函数，保证调用的是子类的实现。
• 使用场景：当希望基类的函数在子类中有不同实现，且通过基类的指针或引用调用时。

4. 智能指针（Smart Pointer）是什么？有哪几种？

• 智能指针 是 C++11 引入的用于自动管理资源的对象，它能够自动释放内存，防止内存泄漏。
• 常见的智能指针有：
  1. std::unique_ptr：独占所有权，不能共享。
  2. std::shared_ptr：共享所有权，通过引用计数管理对象的生命周期。
  3. std::weak_ptr：与 shared_ptr 配合使用，解决循环引用问题。

5. C++ 中的多态性（Polymorphism）是什么？

• 多态性 允许不同的对象以统一的方式进行接口调用。主要分为：
  1. 编译时多态（静态多态）：通过函数重载和模板实现。
  2. 运行时多态（动态多态）：通过继承和虚函数实现。
• 作用：提高代码的可扩展性和可维护性，减少重复代码。

6. C++ 中的虚表（Virtual Table）是什么？

• 虚表 是用于实现动态多态的机制。包含虚函数的类会有一个指向虚表的指针，虚表中记录了虚函数的地址。通过基类指针调用虚函数时，实际调用的是虚表中指向子类的函数。
• 性能影响：虚表引入了一次额外的指针查找，可能会影响性能，但通常影响较小。

7. RAII（Resource Acquisition Is Initialization）是什么？

• RAII 是一种管理资源的编程惯用法，在 C++ 中尤为常用。资源（如内存、文件句柄、锁等）的获取与对象的生命周期绑定，即通过对象的构造函数获取资源，通过析构函数释放资源。
• 作用：避免资源泄漏，确保资源在异常情况下也能够正确释放。

8. C++ 中的内存管理机制有哪些？

• C++ 提供手动和自动的内存管理方式：
  1. 手动内存管理：通过 new 和 delete 进行动态内存分配和释放。
  2. 自动内存管理：通过智能指针（如 std::shared_ptr、std::unique_ptr）来自动管理内存的分配和释放，避免内存泄漏。

9. C++ 中的 STL 是什么？常见的容器有哪些？

• STL（Standard Template Library，标准模板库）是 C++ 的核心库，提供了许多常用的数据结构和算法。
• 常见的容器包括：
  1. 顺序容器：如 std::vector（动态数组）、std::deque（双端队列）、std::list（双向链表）。
  2. 关联容器：如 std::map（键值对存储）、std::set（集合）。
  3. 无序容器：如 std::unordered_map、std::unordered_set，基于哈希表实现。

10. C++ 的左值和右值有什么区别？

• 左值（lvalue）：指向某个内存位置，可以获取地址，通常是可变对象。
• 右值（rvalue）：临时值，不能获取地址，通常是表达式的结果。
• C++11 引入了 右值引用（T&&），主要用于实现移动语义和完美转发，避免不必要的拷贝。

11. C++11 新特性有哪些？

• C++11 是 C++ 标准的一次重大更新，增加了许多新特性，包括但不限于：
  1. 智能指针（std::shared_ptr，std::unique_ptr）。
  2. 右值引用 和 移动语义。
  3. lambda 表达式。
  4. 自动类型推导（auto）。
  5. 范围 for 循环。
  6. constexpr 修饰符。
  7. 线程库 和 原子操作。

12. C++ 中的并发编程如何实现？

• C++11 引入了 线程库，可以通过 std::thread 创建线程，使用 std::mutex 进行互斥锁定，std::condition_variable 用于线程间的同步。
• 线程安全 是并发编程中的关键，使用锁（std::lock_guard，std::unique_lock）保护共享数据，避免数据竞争。

13. C++ 中的模板是什么？什么是模板特化？

• 模板 是 C++ 提供的一种泛型编程机制，可以编写与数据类型无关的代码，如函数模板和类模板。
• 模板特化 允许为特定的数据类型提供特殊实现。分为：
  1. 全特化：针对特定类型提供完全不同的实现。
  2. 偏特化：针对某些模板参数提供部分不同的实现（仅类模板支持偏特化）。

14. C++ 的异常处理机制如何工作？

• C++ 的异常处理通过 try-catch 块实现，当抛出异常时，程序跳转到合适的 catch 块中进行处理。如果异常未被捕获，程序将终止。
• 自定义异常类：可以继承自 std::exception，并重写 what() 方法，提供异常信息。

15. 解释 C++ 中的继承方式和访问控制？

• 继承方式：C++ 支持三种继承方式：

  1. public：基类的公共成员在派生类中仍然是公共的。
  2. protected：基类的公共和保护成员在派生类中是保护的。
  3. private：基类的所有成员在派生类中都是私有的。

• 访问控制：包括 public、protected 和 private，分别表示公开访问、受保护访问和私有访问。

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这些问题涵盖了 C++ 面试的核心知识点。面试者可以根据具体场景和个人经验进一步深入研究，并掌握这些概念在实际项目中的应用。

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