C++八股文（一）基础知识

1. 命名空间

1.1 使用方式：

• 作用域限定符：wd::number

• using 编译指令：using namespace std;

问题：using编译指令可能会造成冲突，这是因为using编译指令它会把该空间中的所有实体一次性全部引入

• using声明机制：using std::cout; // 只会引入这一个实体，推荐使用

1.2匿名的命名空间

• 什么是模块？一个*.c/*.cc/*.cpp的文件就可以称为一个模块

• 只能在本模块内部使用的是什么？不能跨模块使用的是什么？

C语言中，static变量 static函数都只能在本模块内部使用，外部无法引入

C++中，匿名命名空间的实体也是只能在本模块内部使用

全局变量就可以跨模块调用 extern关键词

• 补充static知识

修饰变量

普通局部变量(存储于进程栈空间，使用完会立即释放):在任何一个函数内部定义的变量都属于这个范畴。编译器一般不对普通局部变量进行初始化，也就是说它的值在初始时是不确定的，除非对其显式赋值

静态局部变量(存储于进程的静态数据区，即使函数返回，它的值也会保持不变)：使用static修饰符定义的局部变量，即使在声明时未赋初值。编译器也会把它初始化为0

普通全局变量：对整个工程可见，其他文件可以使用extern外部声明后直接使用。也就是说其他文件不能再定义一个与其名字相同的变量了(负责编译器会认为他们是同一个变量)

静态全局变量：仅对当前文件可见，其他文件不可访问，其他文件可以定义与其同名的变量，两者互不影响。在定义不需要与其他文件共享的全局变量时，加上static关键字能够有效地降低程序模块之间的耦合，避免不同文件同名变量的冲突，且不会误使用

修饰函数

函数的使用方式与全局变量类似，在函数的返回类型前加上static，就是静态函数

静态成员函数只能使用静态数据成员

• 命名空间是否只可以定义一次？

函数声明可以有多次，但定义只有一次

同一个模块中，可以定义多次命名空间；

在不同的模块中，也可以定义多次命名空间

命名空间就像一个容器(黑洞)可以无限定义实体

2.const关键字

• 修饰类型: char/short/int/long

const int b = 2;// 不能再修改的值，常量

• 宏定义与const常量有什么区别？

发生的时机：宏定义是在预处理时；const常量是在编译时

类型检查：宏定义没有类型检测，只是简单做了字符串的替换，虽然也有编译阶段，但在编译阶段没有报错，将出错的时机延迟到了运行时。运行时的错误更难发现；const是有类型检查的，更安全一些。

• const修饰指针

常量指针(pointer to const)：const int *p1 = &a; int const *p2 = &a;

不能修改的是指针所指空间的值

所谓指向常量的指针仅仅要求不能通过该指针改变对象的值，而没有规定那个对象的值不能通过其他途径改变。

可以这样想：所谓指向常量的指针和引用，不过是指针或引用“自以为是”罢了，它们觉得自己指向了常量，所以自觉的不去改变所指对象的值。

指针常量(const pointer)：int *const p3 = &a;

不能修改指针变量的指向

3、new/delete表达式

3.1 C语言中动态申请堆空间的资源，采用的是malloc/calloc

3.2 C++中也提供了类似的方式，new表达式/delete表达式

• int *pint = new int(1);// new表达式申请空间的同时，也进行了初始化

• delete pint; // 释放堆空间

• int *parr = new int[10];

• delete [] parr;

3.3 malloc的底层实现？new表达式底层实现？

• free(p);// 如何判断该回收多少空间？

在C中，free 函数并不需要显式地知道要释放多少空间。当你调用 free(ptr) 时，ptr 是一个指向动态分配内存块的指针，free 将释放 ptr 指向的整个内存块。

这是因为malloc在内部通常会在分配的内存块的起始部分存储一些额外的信息，其中包括分配的大小。free则使用这个大小信息来确定要释放的空间

• malloc 使用了一种内存池（memory pool）的机制

在程序启动时，malloc 会初始化一个内存池。这个内存池一般由一个或多个堆（heap）组成。

堆是进程内的一块大内存区域，由操作系统分配给进程。malloc 使用堆来存储动态分配的内存块。

当调用 malloc(size) 时，malloc 会在内存池中寻找一个足够大的、未被使用的内存块。

如果找到了足够大的内存块，malloc 将这个内存块标记为已分配，并返回一个指向这个内存块的指针。

这个过程可能涉及内存块的拆分（splitting）或合并（coalescing），以便更好地利用内存。

3.4 malloc/free 与new/delete表达式的区别是什么？

• malloc和free是C语言的函数，它们只关心分配和释放内存，不涉及构造和析构对象

• new和delete是C++的运算符，除了分配和释放内存外，它们还会调用对象的构造函数和析构函数，处理对象的生命周期

• new能够自动分配空间大小，malloc需要传入参数；

• new开辟空间的同时还对空间做了初始化的操作，而malloc不行；

3.5 内存泄漏工具valgrind的使用

命令较长，可以起一个别名放在~/.bashrc文件中：alias memcheck='valgrind --tool=memcheck --leak-check=full'

接下来再执行source.bashrc

3.6 new 表达式工作步骤

1. 调用名为operator new的标准库函数，分配足够大的原始的未类型化的内存，以保存指定类型的一个对象：void* operator new(size_t size){ return malloc(size)};

2. 运行该类型的一个构造函数初始化对象

3. 返回指向新分配的构造函数对象的指针

3.7 delete 表达式工作步骤

1. 调用析构函数，回收对象中数据成员所申请的资源，也就是malloc申请的堆空间

2. 调用名为operator delete的标准库函数释放该对象所用的内存

4. &符号的理解

1. 引用&：对变量取一个别名

int a = 1; int & ra = a;

2. 取地址 &：int a = 1; int *p = &a;

3. 按位与 &：int c = a & b;

4. 引用可以作为函数的参数：

经典例子，交换两个变量的值

对比使用指针的好处是: 没有赋值的开销，可以提高程序的执行效率

引用的底层实现其实还是指针，而且是一个受限制的指针

5. 引用作为函数的返回值

类型的变量：在return语句中直接返回一个变量，要执行的是复制

指针类型：只做了一个地址传递，效率很高，也是进行了复制的

引用类型：代表的就是变量本身，没有复制开销

5. 强制转换

5.1 static_cast

常见的指针转换(把void *转换成其他类型的指针) 用的最多。

5.2 const_cast

去除常量属性，用法很诡异

5.3 dynamic_cast

只用在多态时，基类与派生类之间的转换

5.4 reinterpret_cast

不要轻易使用，在任意类型之间进行转换，平时用的最少

6.函数重载

6.1 C语言不支持函数重载

• C语言中如果有新的接口时，会用数字来重新命名

• 正是因为C语言不支持函数重载，所以在C语言中，函数名就代表了函数的入口地址

• 而C++支持函数重载，所以函数的地址最好使用函数名加上取地址符号&

6.2 什么叫函数重载(overload)?

函数名相同，但参数列表不同:函数参数的类型、个数、顺序不同（没有函数返回值类型）

6.3 C++实现函数重载

• 实现原理: 名字改变(name mangling)

• 具体步骤: 当函数名相同时，会根据函数参数的类型、个数、顺序不同进行改变

• 验证：g++ -c overload.cc 得到overload.o文件，使用nm overload.o命令查看

7. C语言和C++的混合编程

7.1 背景

• C语言写的库已经遍地开花，C++需要调用C的库，必须要能按照C的方式进行调用。

• 希望使用C++的编译器来编译C的源码

7.2 解决方案

extern "c"{}

只要放在该区域的代码，都会按照C的方式进行调用，不会进行名字改编

搭配宏可以完美解决

#ifndef __ADD_H__
#define __ADD_H__

#ifdef __cplusplus
extern "C"
{
#endif
int add(int x, int y )
{
    return x + y;
}
#ifdef __cplusplus
}
#endif

#endif

8.内存分布

这里面有错误，char char2[] = "abcd"; 这里的"字符串不是字面值常量"，不是放在代码段的，而是放在栈中的(可以进行修改)