c++面试知识点总结

总结回答问题重点

一、C++语法

• 关键字：

  • const：普通变量（初始化），修饰指针（常量指针：内容不变与指针常量：地址不变），修饰函数中的参数与返回值，修饰类中的成员变量（构造函数列表初始化）与成员函数（不能修改成员变量）
  • static：初始化和作用域。静态局部变量、静态全局变量、静态函数、类成员变量、类成员函数（没有this指针）
  • volatile：取内存而不是寄存器
  • mutable：const反义词
  • explicit
  • inline：编译器编译时将其内联展开。不压栈，省去栈空间的消耗。
  • extern：c连用。只声明不定义。

• main函数执行之前和之后执行的代码是什么：栈，bss，data，argc，argv

• 结构体内存对齐：三原则，alignof，alignas，#prama pack(push,1),__attribute__(packed)

• 指针与引用的区别：地址，别名，改变，内存，NULL

• 堆和栈的区别：申请方式，大小限制，增长方向，碎片，速度，内存管理方式

• new/delete与malloc/free的异同：运算符/库函数，自动分配/手工计算，类型安全，调用析构和构造函数，返回值类型，异常抛出，支持重载

• 宏和typedef：变量/类型别名，预编译/编译，是够检查数据类型，是否是语句

• struct与class：公有/私有，private继承/public继承

• define与const：编译阶段，安全性，内存占用

• 内存五大分区、内存的分配方式：栈区，堆区、全局变量与静态变量（bss，data），常量区，代码区

• 静态内存分配与动态内存分配：编译/运行，堆是动态，栈有静态和动态，动态有编译器控制

• 深拷贝与浅拷贝：指针/内容

• 枚举(enum) 和 宏(#define)，typedef，using 的区别：阶段/是否占用内存

• struct 和 union 的区别：是否共享一个空间

• 右值引用是什么 移动语义是什么 move函数的作用： 不可取到地址，主要用于实现移动语义。将右值的内存资源移动为自己使用，减小了多次申请释放内存空间的开销。move函数将左值转化为右值。

• move和forward区别：move强制转化为右值，forward绑定到右值转为右值，绑定到左值，转化后仍为左值。

• RVO返回值优化是什么：省略掉两次通过拷贝构造函数创建临时对象的过程，大大节省了开销。

• 简述智能指针：unique_ptr,shared_ptr,weak_ptr.引用计数是线程安全，智能指针托管的对象需要加锁。

• C++有哪四种强制类型转换：static_cast,const_cast,reinterpret_cast,dynamic_cast.(基类指针转换为派生类指针)

• 简述STL库:容器，算法，迭代器，配置器，适配器，仿函数。

• 简述STL库中的容器以及特点：vector:底层由数组实现。list：双向链表。deque：中央控制器和多个缓冲区。map、set：红黑树。unordered：hash表，无序不可重复。stack：list或是deque，先进后出。queue：先进先出。priority_queue默认大顶堆。

• 简述vector的存储机制：三个指针，start、finish、end_of_storage.动态扩容：申请一个更大的空间，将原空间的数据拷贝至新的空间，释放掉原空间。动态扩容机制代价较高。

• 简述list的存储机制：闭环双向链表。有一个指向尾部节点的空白头节点，只需要空白头节点便可遍历整个链表，prev和next。

• 简述deque的存储机制：中央处理器主控，一小块的连续存储空间，每个元素都是一个指针，指向一个较大的连续存储空间。叫做缓冲区。cur。first。last。node：指向中控器。

• 什么情况下选择unorder_map 和 map ：查询次数、查询时间。

• 简述迭代器失效的情况：数组型：没有重新分配空间，会导致该元素及之后的迭代器都失效。链表型：只会让该位置的失效。红黑树：让该位置的迭代器失效。

• 没有迭代器的容器有哪些 queue。stack。priority_queue.

• 简述public，protected，private访问修饰符的区别:修饰成员，可访问性。交集取最小，public>protected>private.

• 派生类不能继承基类的哪些东西：构造函数，析构函数。友元函数。赋值运算符继承会会将基类的进行隐藏。

• 友元是什么：友元函数和友元类，声明后即可访问该类所有的public，protected，private。

• this指针是什么：成员函数的隐形形参，将该对象的地址赋给this指针。const，友元、static无指针。

• 简述C++中的多重继承 （菱形继承）:域限定符，虚继承class A;class B1:public virtual A;class B2:public virtual A;class D:public B1,public B

• 什么情况下需要使用初始化列表初始化成员变量：const，引用，类中有需要参数初始化的对象。派生类初始化基类对象。

• 类成员变量初始化的顺序：按照类中的声明顺序进行初始化，并不是按照初始化列表的顺序进行初始化。

• 简述C++中的多态机制 （虚函数，多态相关问题）：一个接口的多种形态，条件：虚函数重写，指针或引用调用。虚函数表：有虚函数的类在编译时期都会生成一个 虚函数表，虚函数表实质上是一个 指针数组，存放 指向虚函数的指针，通过该指针我们可以调用虚函数；另外虚函数表是类对象之间共享的，在各个类对象之间不会存储整个虚函数表，只存放一个指向该 虚函数表的指针，该指针通常是放在类内存的最前面。这就是虚函数表。该虚函数表存放在全局静态数据区的DATA段。

• 在生成派生类过程中，对虚函数表的操作有三个步骤：
  将基类中的虚函数表指针拷贝到派生类中；
  派生类对基类虚函数进行覆盖（重写）；
  派生类将自己新增的虚函数依次添加在虚函数表后。

延伸1:虚函数表中的虚函数指针是如何实现偏移的？
通常编译器会将虚函数表指针放在对象内存的最前面，我们可以通过取该对象的地址得到该虚函数表指针，进而得到虚函数表，也就是一个指针数组（指针属于函数指针，指向虚函数），遍历这个数组，就可以得到我们想要的虚函数。

延伸2：每个实例化对象的虚函数表是否相同？
相同，因为虚函数表属于类对象之间共享的，只会有一个，每一个实例化对象都只会存放一个虚函数表指针，指向共享的虚函数表。

• 虚函数与纯虚函数的区别 :只声明不定义，必须在派生类重写虚函数;抽象类不能实例化，只能被继承。
• C++中哪些函数不能是虚函数：构造（派生类无法创建，无法调用基类构造函数），inline（编译期），友元（不属于类成员），静态（类共享）。
• 静态联编与动态联编 （静态绑定与动态绑定）：编译，运行。重载，多态。
• 重载，隐藏，覆盖的区别：函数名相同，参数类型（个数）不同（同一个类）。隐藏：函数名相同，参数不同;都相同没有virtual。覆盖：多态。
• 构造函数与析构函数能否为虚函数 ：构造（x，无法调用基类的构造函数）析构（对，只能基类，无法调用派生类的析构函数）
• 析构函数可以抛出异常吗 ：内存泄漏，析构函数用于处理异常。
• 空类中自带哪些函数 ：构造、析构、拷贝构造、赋值、取址、取址const
• 抽象类和接口的区别 ：抽象类：纯虚函数，不能实例化;接口：类中没有任何成员变量，成员函数公有并且都是纯虚函数。

  二、MySQL数据库

• Mysql的事务 事务的四大特性 事务带来的问题
• MVCC
• Mysql的InnoDB和MyISAM有什么区别
• 执行一条查询语句的流程
• redolog和binlog
• 线上要给热点数据表添加字段该怎么操作
• Msyql的索引的底层实现吗？为什么不用有序数组、hash或者二叉树实现索引
• 怎么查看索引是否生效？什么情况下索引会失效呢？
• 有哪些种类的索引
• SQL优化
• 聚簇索引和非聚簇索引
• 回表
• 最左前缀原则
• 索引下推
• 主键使用自增ID还是UUID
• 控制并发的访问资源
• 死锁
• 主从复制
• 分库分表

  三、redis

• 什么是Redis 远程字典服务，基于内存、可持久化的日志型k-v数据库。缓存，分布式锁。
• 基本数据结构类型：String（SDS，len标记buf的长度，free标记buf中未使用元素的个数，o（1）获取字符串长度，buf[]存放元素的坑），Hash（缓存用户信息（ziplist，hashtable）），List（ziplist，linkedlist），Set（用来保存多个的字符串元素，intset，hashtable），zset（ziplist，skiplist）
• 特殊数据结构：Geospatial（地理位置），Hyperloglog（基数统计算法），Bitmap（用一个比特位映射某个元素的状态）
• 为什么快 基于内存存储、高效的数据结构（动态字符串（字符串长度处理、空间预分配、惰性空间释放、二进制安全），双端链表，压缩链表、字典、跳表（增加多级索引））、合理的数据编码、合理的线程模型（epoll单线程）、虚拟内存（暂时把不经常访问的数据从内存交换到磁盘）
• 缓存击穿、缓存穿透、缓存雪崩（热点key在某个时间点过期的时候，大量的请求打到db;不存在;大批量数据过期，查询数据量巨大）
• 热key问题解决：增加分片副本，均衡读流量;将热key分散到不同的服务器中;二级缓存，减少redis的读请求。
• redis过期策略和内存淘汰策略：
  • 惰性过期，定期过期。redis采取的是定期过期，每隔100ms就随机抽取一定数量的key来检查和删除的。但是呢，最后可能会有很多已经过期的key没被删除。这时候，redis采用惰性删除。在你获取某个key的时候，redis会检查一下，这个key如果设置了过期时间并且已经过期了，此时就会删除。
  • lru和lfu。
• 用途：缓存，排行榜，计数器，共享Session，分布式锁（setnx），社交网络，消息队列（业务解耦、流量削峰），位操作。
• 持久化：RDB（内存数据以快照形式保存在磁盘，save，bgsave，save m n，适合大规模的数据恢复场景，备份和全量复制）和AOF（采用日志的形式来记录一个写操作，追加到文件中，重启时再重新执行AOF文件）（优点：数据的一致性和完整性更高 缺点：AOF记录的内容越大，文件越大，数据恢复变慢）
• redis的高可用：主从模式、哨兵模式、集群模式。
  • 全量复制：一般当slave第一次启动连接master，就采用全量复制
  • 增量复制：如果再次发生更新，就会触发增量复制
  • 哨兵模式：由一个或多个哨兵实例组成的哨兵系统，它可以监视所有的Redis主节点和从节点，并在被监视的主节点进入下线状态时，自动将下线主服务器属下的某个从节点升级为新的主节点
  • 集群模式：cluster集群，redis的分布式存储。各个节点之间通过gossip协议进行通信。ping、pong、meet、fail。哈希槽插槽算法，每个key都会对应一个编号在 0~16383 之间的哈希槽，通过这个值，去找到对应的插槽所对应的节点，然后直接自动跳转到这个对应的节点上进行存取操作。
• redis分布式锁：控制分布式系统不同进程共同访问共享资源的一种锁的实现。
  • 命令setnx + expire分开写
  • setnx + value值是过期时间
  • set的扩展命令（set ex px nx）
  • set ex px nx + 校验唯一随机值,再删除
• redisson，解决锁过期释放，业务没执行完的问题。只要线程一加锁成功，就会启动一个watch dog看门狗，它是一个后台线程，会每隔10秒检查一下，如果线程1还持有锁，那么就会不断的延长锁key的生存时间。因此，Redisson就是使用Redisson解决了锁过期释放，业务没执行完问题。
• redlock算法 解决一个master的发生故障的问题。搞多个Redis master部署，以保证它们不会同时宕掉。并且这些master节点是完全相互独立的，相互之间不存在数据同步。同时，需要确保在这多个master实例上，是与在Redis单实例，使用相同方法来获取和释放锁。
• 跳表：
  • 跳跃表是有序集合zset的底层实现之一。
  • 跳跃表支持平均O（logN）,最坏 O（N）复杂度的节点查找，还可以通过顺序性操作批量处理节点。
  • 跳跃表实现由zskiplist和zskiplistNode两个结构组成，其中zskiplist用于保存跳跃表信息（如表头节点、表尾节点、长度），而zskiplistNode则用于表示跳跃表节点。
  • 跳跃表就是在链表的基础上，增加多级索引提升查找效率。
• 缓存和redis保证双写一致性：1.如果删除了缓存Redis，还没有来得及写库MySQL，另一个线程就来读取，发现缓存为空，则去数据库中读取数据写入缓存，此时缓存中为脏数据。2.如果先写了库，在删除缓存前，写库的线程宕机了，没有删除掉缓存，则也会出现数据不一致情况。因为写和读是并发的，没法保证顺序,就会出现缓存和数据库的数据不一致的问题。
  • 缓存延时双删
  • 删除缓存重试机制
  • 读取binlog异步删除缓存
• 为什么Redis 6.0 之后改多线程呢 redis还是使用单线程模型来处理客户端的请求，只是使用多线程来处理数据的读写和协议解析，执行命令还是使用单线程。这样做的目的是因为redis的性能瓶颈在于网络IO而非CPU，使用多线程能提升IO读写的效率，从而整体提高redis的性能
• 事务：Redis通过MULTI、EXEC、WATCH等一组命令集合，来实现事务机制。事务支持一次执行多个命令，一个事务中所有命令都会被序列化。在事务执行过程，会按照顺序串行化执行队列中的命令，其他客户端提交的命令请求不会插入到事务执行命令序列中。简言之，Redis事务就是顺序性、一次性、排他性的执行一个队列中的一系列命令。
• Redis的Hash 冲突怎么办
  Redis 会对哈希表做rehash操作，也就是增加哈希桶，减少冲突。为了rehash更高效，Redis还默认使用了两个全局哈希表，一个用于当前使用，称为主哈希表，一个用于扩容，称为备用哈希表。
• Redis提供两个指令生成RDB，分别是save和bgsave。
  • 如果是save指令，会阻塞，因为是主线程执行的。
  • 如果是bgsave指令，是fork一个子进程来写入RDB文件的，快照持久化完全交给子进程来处理，父进程则可以继续处理客户端的请求。
• Redis底层，使用的什么协议 RESP Redis Serialization Protocol
• 布隆过滤器 利用k个哈希散列函数，将A中的每个元素映射到一个长度为a位的数组B中的不同位置上，这些位置上的二进制数均设置为1。如果待检查的元素，经过这k个哈希散列函数的映射后，发现其k个位置上的二进制数全部为1，这个元素很可能属于集合A，反之，一定不属于集合A。
  布隆过滤器并没有存放完整的数据，它只是运用一系列哈希映射函数计算出位置，然后填充二进制向量。如果数量很大的话，布隆过滤器通过极少的错误率，换取了存储空间的极大节省。

  四、操作系统

• 虚拟内存：MMU（内存管理单元）、TLB（快表缓存）、多级页表（减少内存的占用）、内存分配（伙伴算法、slab算法）
• 线程进程的基本概念和区别：调度/分配资源， 1个/多个，数据同步与共享，CPU与内存消耗，创建销毁切换时间，可靠性
• 进程间通信：基本概念和原理，通信效率，是否涉及系统调用
• 死锁条件，检测恢复预防
• 同步：原子操作，CAS（比较并交换）/FAA（fetch&add），互斥锁，条件变量，RCU（READCOPY UPDATE）
• 底层IO模型
• 多线程多进程
• 协程vs线程
• inode，软/硬连接，文件描述符
• 零拷贝

五、计算机网络

参考链接：计网相关

• OSI七层模型：应用、表示、会话、传输、网络、数据链路、物理

• 有连接（需要连接并维持）、无连接、可靠、不可靠、有状态（记忆）、无状态

• HTTP:请求报文（行、头、空行、体）、响应报文（状态行 + 响应头 + 空行 + 响应体）

• 状态码：1xx：信息，要求请求者继续操作；2xx，成功，OK表示客户端请求成功，200OK，客户端请求成功；3xx，重定向，需要进一步的操作以完成请求，301永久转移到其他URL，302网页临时跳转；4xx，客户端错误，请求包含语法错误或无法完成请求，400有语法错误，不能被服务器理解，401请求未经授权，404请求资源不存在；5xx，服务器错误，500服务器内部发生了不可预期的错误，503服务器不能处理客户端的请求。

• get和post的区别：获取/发送，参数可见/不可见，安全/不安全，大小限制/无限制

• 输入URL发生了什么：DNS(域名转换IP地址)；浏览器连接到服务器HTTP/80端口，三次握手TCP连接；浏览器发送HTTP请求，读取URL域名后的文件发送给web服务器；服务器接收请求并返回HTTP响应，响应体中存放HTML文本；挥手释放TCP连接，keep-alive保持一段时间后再释放；浏览器解析html文本并显示。

• 长短连接的区别：CONNECTION字段:keep-alive/closed,HTTP1.0默认短连接，1.1默认长连接。

• cookie和session：session存储在服务器中，数据可以保存在内存或数据库中；cookie存储在客户端浏览器中，会记录下该浏览器对应的sessionid，每次HTTP请求都会把sessionid发过来，这样服务器就能识别该用户了。

• cookie被禁用：可以将URL重写，将sessionID直接附加在URL路径的后面。

• HTTP和HTTPS

  • 对称加密算法：加密和解密采用同一个密钥。 这种加密方式由于需要传输密钥，所以有很大的安全性问题。常见的对称加密算法有DES，AES。

  • 非对称加密算法：加密和解密使用的并不是同一个密钥。 通常有两个密钥，分别称为公钥和私钥，公钥可以对外公布，私钥只能持有人自己所拥有不能对外公开。非对称加密算法有效的避免了密钥的传输安全性问题。常见的非对称加密算法有RSA。

  • 数字签名算法：非对称加密。

    • 数字签名
      对于明文信息先进行哈希算法求得信息摘要，后再用自身私钥进行加密后求得数字签名。数字签名的作用是证明该信息是否为本人所写。

    • 数字证书
      将自身的公钥和一些相关信息，交给CA（certificate authority 认证机构）并利用CA的私钥进行加密后得到数字证书。数字证书的作用是传递公钥。

  • HTTP优势：安全性，完整性，身份认证性，不可否认性

    HTTP Over SSL:SSL协议对浏览器与web服务器之间的通信进行了加密

    1. 用户向Web服务器发起访问请求；
    2. Web服务器将自己的CA认证的数字证书发给用户；
    3. 用户拿到数字证书，并用自己浏览器内置的CA证书解密得到Web服务器的公钥；
    4. 用户使用服务器的公钥对于对称加密算法的密钥进行加密，发送给Web服务器；
    5. 服务器收到后，用自己的私钥解密，得到对称加密算法的密钥；
    6. 双方使用对称加密算法开始通信。

  • 总结：通过CA体系发送公钥（或者说是数字证书）；通过非对称加密算法确定对称加密的密钥；通过对称加密算法进行网络通信

• TCP协议：面向连接，可靠、基于字节流（发送接收没有边界限制）的全双工端对端通信协议

• TCP头：源端口（16）、目的端口（16）、序列号（32）、确认号（32）、头部长度（4bit）：最小为20字节（0101），最大为60字节（1111） 保留（6bit） 标志位（6bit） 窗口大小（16bit）校验和（16）紧急指针（16）

• 三握四挥

• 两次可以吗？不，一是防止失效的SYN报文到达服务器，二是第二次的报文丢失服务器已经进入established状态。

• 挥手需四次？防止服务端有未完成传输的数据。

• 客户端2MSL?1.保证客户端最后发送的ACK到达客户端，2.防止旧连接中的报文影响新连接，所有报文在网络中已经消息

• 半连接/全连接：半连接SYN-REVD状态，全连接三次握手的连接。

• SYN泛洪攻击：黑客伪造不存在的IP地址，向server端发送SYN请求，导致半连接状态队列满。

  • 过滤网关防护 ：如设置SYN代理，让代理为服务器处理SYN请求，如果收到了客户端的ACK包那么就向服务器完成三次握手。
  • 增大半连接队列容量
  • 缩短超时时间与减少重传次数
  • SYNcookies技术

• 客户端故障：服务端会有一个Keep-Alive心跳包机制，也就是定期内会通过发送数据包检测客户端是否正常运行，那么就认为客户端已经出现故障， 服务器自动断开。

• TCP可靠传输

  • 连接管理：三握四挥
  • 序列号+确认号
  • 校验和
  • 超时重传机制
  • ARQ(停等ARQ,回退n帧ARQ,选择重传ARQ)
  • 滑动窗口流量控制：当接收缓冲区的剩余空间过小不能接收发送方的数据时，会提示发送方降低发送速率，从而防止丢包。
  • 拥塞控制：满开始，拥塞避免，快重传（3ACK），快恢复(3重复确认)

• UDP(USER DATAGRAM PROTOCOL):无连接，不可靠，基于数据报。源端口号（16bit） + 目的端口号（16bit）UDP总长度（16bit）：此处的总长度为UDP 头部+数据部分 的长度，数据部分的长度受数据链路层MTU的限制，通常最大为1472字节（1500-20字节IP头部-8字节UDP头部）。UDP检验和（16bit）：当检验到错误时，UDP不做纠正，而是直接将数据丢弃。

• TCP/UDP区别

  • TCP是有连接，可靠的，基于字节流的协议；UDP是无连接，不可靠，基于数据报的协议
  • TCP头部结构复杂，网络开销和时延都较大；UDP头部结构较为简单，网络开销和时延都较小。
  • TCP能通过建立连接，确认序号，滑动窗口，超时重传，拥塞控制，检验和等方式让数据包安全准确的传到对端；UDP则是提供不可靠的交付。
  • TCP一般用于文件传输，收发邮件，远程登录，HTTP等，UDP一般用于即时通信，比如语音，视频，直播，DNS等。

• IP协议：无连接，不可靠，点对点。IP数据报头部最小为20个字节，最大为60个字节。

• NAT协议的作用实现公网IP地址与私网IP地址之间的相互映射转换，使得一个公网IP地址下能够有多个私网IP。

  • 解决了IPv4地址枯竭的问题；
  • 主机的安全性得到了保障，因为就算暴露了私网IP也没有关系。

• ARP

  从IP地址到MAC地址的映射。

  主机发送信息时将包含目标IP地址的ARP请求在局域网进行广播，并根据返回的消息确定目标IP地址的 MAC地址，以 <IP，MAC> 形式存入 ARP缓存表。