C++常见面试题之一

一、语言基础与内存管理

1. const与constexpr的区别？应用场景？

   • const：运行时常量，修饰变量/函数不可修改。
   • constexpr：编译期常量（C++11），用于优化计算（如数组大小）。

   constexpr int size = 10; // 编译期确定const int x = get_value(); // 运行时确定

2. 指针与引用的本质区别？

   • 指针：独立变量存储地址，可重指向、可为nullptr。
   • 引用：别名，绑定后不可变，无空引用，更安全。

3. 智能指针（unique_ptr/shared_ptr/weak_ptr）的实现原理与使用场景？

   • unique_ptr：独占所有权，零开销（替代auto_ptr）。
   • shared_ptr：引用计数（原子操作），循环引用需weak_ptr解决。
   • ★ 阿里高频：手写shared_ptr引用计数实现。

4. 移动语义（Move Semantics）与完美转发（Perfect Forwarding）的作用？

   • std::move：将左值转为右值，触发移动构造（避免深拷贝）。
   • std::forward：保持参数原始值类型（左值/右值），用于泛型编程。

5. volatile与atomic的区别？

   • volatile：阻止编译器优化（不保证多线程原子性）。
   • atomic：硬件级原子操作（如load/store），线程安全。

二、面向对象与多态

6. 虚函数表（vtable）与虚指针（vptr）的工作原理？

   • 每个含虚函数的类有一个vtable，对象通过vptr访问，运行时动态绑定。

7. 为何基类析构函数需声明为virtual？

   • 避免派生类对象通过基类指针删除时资源泄漏（未调用派生类析构）。

8. 纯虚函数与抽象类的联系？

   • 纯虚函数（=0）使类成为抽象类，强制派生类实现接口。

9. 多重继承下的菱形继承问题如何解决？

   • 虚继承（virtual关键字），确保公共基类仅存一份实例。

   class D : public B, virtual public C { ... }; // 虚继承C

三、STL与模板编程

10. vector底层实现与扩容策略？

    • 动态数组，2倍扩容（避免频繁分配），reserve()预分配空间优化。

11. map（红黑树）与unordered_map（哈希表）的性能对比？

    操作 map unordered_map 插入/删除 O(log n) O(1) 平均 有序性 是 否

12. ☆ C++17的std::optional/std::variant应用场景？

    • optional：安全处理可能缺失的值（替代nullptr或非法值）。
    • variant：类型安全的联合体（替代union），编译期类型检查。

    std::optional<int> find(int id); // 返回有效值或std::nullopt

13. 模板元编程（TMP）的应用案例？

    • 编译期计算（如斐波那契数列）、类型萃取（type_traits）。

四、并发与多线程

14. std::thread vs std::async？

    • thread：直接创建线程，需手动管理。
    • async：可能复用线程池，通过future自动管理结果。

15. 死锁条件与解决方法？

    • 条件：互斥、请求保持、不可剥夺、环路等待。
    • 解决：按固定顺序加锁、std::lock()原子加锁、超时机制。

16. 无锁编程的memory_order选项（如relaxed/seq_cst）？

    • relaxed：允许乱序（性能高，无同步）。
    • seq_cst：全局顺序一致（默认，性能低）。

17. ☆ 协程（Coroutines）的原理与优势（C++20）？

    • 用户态线程，切换成本低（20~50ns vs 线程1~10μs），支持异步I/O。
    • 字节跳动真题：实现百万级协程调度器（Work-Stealing + 无锁队列）。

五、系统设计与性能优化

18. 零拷贝（Zero-Copy）技术实现方案？

    • sendfile()（Linux）：文件→Socket直传（内核2.2+）。
    • splice() + pipe：跨文件描述符传输（无用户态拷贝）。

19. 高并发日志系统设计要点？

    • 无锁分片队列 + 独立压缩线程 + Kafka顺序写（美团真题：500万条/秒）。

20. 分布式缓存一致性协议（如Raft）？

    • Leader选举 + 日志复制（多数派确认），脑裂防护（Lease机制）。
    • 阿里真题：Redis集群脑裂解决方案。

六、现代C++新特性（C++17/20）

21. ☆ 结构化绑定（Structured Binding） ：

    auto [id, name] = std::make_pair(1, \"Alice\"); // 解包pair/tuple

22. ☆ 概念（Concepts）的作用（C++20）？ ：

    • 约束模板参数，替代SFINAE，提升可读性。

    template <typename T> requires integral<T> // 限定T为整型T add(T a, T b) { return a + b; }

23. ☆ Range库（C++20）的优势？ ：

    • 管道式操作：data | views::filter(...) | views::transform(...)。