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C++常见概念问题（3）

🕗 发布于 2024-11-15 22:26 c++  java  jvm  

C++常见概念问题（3）

1. 构造函数的初始化顺序

基类构造函数：在派生类的构造函数中，基类的构造函数在派生类构造函数体执行之前调用。
成员变量初始化：类中的成员变量会按照其在类中声明的顺序进行初始化，而不是按照构造函数初始化列表中的顺序。

2. C++内存分区模型

C++分区模型 程序运行前，编译的时候：

代码区：存放函数体的二进制代码，由操作系统进行管理，特点（共享，可读）
全局区：存放全局变量和静态变量以及常量，该区域的数据在程序结束后由操作系统释放

程序运行后：

栈区：由编译器自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量等
堆区：由程序员分配和释放，若程序员不释放，程序结束时由操作系统回收

3. 宏定义和全局变量的区别

  1. 数据类型
    宏定义：没有特定的数据类型，因为它仅仅是文本替换，编译器在预处理阶段进行替换，不占用内存。
    全局变量：有具体的数据类型（如整型、浮点型、字符串等），并占用相应的内存空间。
  2. 定义方式
    宏定义：使用预处理指令 #define 来定义，通常用来替代常量或表达式。例子：#define PI 3.14
    全局变量：定义在函数外部
  3. 作用域
    都可以在本文件使用。
    如果跨文件，可以加入extern 关键字在其他文件中使用。

4. 全局变量，静态变量，常量

4.1 全局变量

全局变量是定义在函数外面的变量，本文件内都可以访问。如果想跨文件访问，也可以使用extern关键字实现。

int globalVar = 42;

另一个文件

extern int globalVar;

全局变量在程序运行前的编译阶段就分配了内存，直到程序完全结束，由操作系统释放。

4.2 静态变量

  • 局部静态变量：给函数内部的局部变量加上关键字static，变成函数内部的静态变量，原本局部变量的生命周期随着函数结束。变成静态变量后，生命周期改变了，作用域没有改变。

    生命周期变得和全局变量一样，持续到程序结束。由操作系统释放。
    作用域没有改变，意味着别的函数还是无法访问这个局部静态变量，只有自己函数能访问。上次执行完这个函数，局部静态变量的值会被保存下来，下次再调用这个函数时，接着使用。

  • 全局静态变量：那么给全局变量加上关键字static，相比于全局变量，全局静态变量有什么改变：首先生命周期没变，作用域变了，全局静态变量只能在本文件访问到，不能通过extern关键字跨文件访问。

为什么需要静态变量：

  1. 保持状态：
    静态变量能够保存函数调用之间的状态。这意味着即使函数执行结束，该变量的值仍然可以被保留并在后续调用中继续使用。

  2. 共享数据：
    在类或模块内部，静态变量可以被所有实例或调用共享。这样可以避免使用全局变量，同时又能跨多个实例共享数据，减少了命名冲突的风险。

  3. 内存管理：
    静态变量通常在程序的整个生命周期内存在，不需要频繁地分配和释放内存。这对于性能敏感的应用尤为重要，因为它可以减少内存分配的开销。

  4. 初始化控制：
    静态变量只会在第一次使用时进行初始化，这样可以确保其初始状态一致，并且在多次调用时不会重复初始化。

  5. 封装性：
    使用静态变量可以隐藏实现细节，提供更好的封装性。从外部看，静态变量可以限制访问权限，使得数据的管理更加严谨。

4.3 常量

使用 const 关键字定义的不可修改的变量。
生命周期同样是编译时分配空间，程序结束时操作系统释放资源。
常量的作用域依赖于定义的位置，可以是全局的、局部的，或在类中定义。

函数重载的底层本质

核心：C++之所以有重载，其原因是函数名修饰规则不同

对于C语言，相同的函数名，其修饰名必然相同，与参数无关，因此不同参数的同名函数的修饰名是重复的，因此无法同时存在，更无法实现重载；

C++之所以能够实现重载，是因为编译器能够区分同名不同参的函数，而其区分的底层原理就是对原函数名进行修饰，或者叫重命名；

编译前的重载函数（同名不同参的函数），编译后就是不同名的函数，这个新的函数名中不仅包含了原名，还包含了参数信息；

C++和C怎么协同开发（c++项目怎么引用c的文件）

假如在c++文件中使用C的源文件example.c

// example.h
#ifndef EXAMPLE_H
#define EXAMPLE_H

#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif

void c_function();

#ifdef __cplusplus
}
#endif

#endif // EXAMPLE_H


#ifndef EXAMPLE_H
头文件保护（Include Guard）: #ifndef 是 "if not defined" 的缩写。这条指令检查宏 EXAMPLE_H 是否未被定义。如果没有被定义，则继续执行后面的代码；如果已经定义，编译器将跳过这个头文件的内容，以避免重复包含同一头文件造成的潜在错误。
#define EXAMPLE_H
定义宏: 如果上面的条件成立，这里会定义宏 EXAMPLE_H。这意味着在后续的编译过程中，如果再出现 #ifndef EXAMPLE_H，条件将不再成立，从而避免了重复包含该头文件。
#ifdef __cplusplus
检查 C++ 编译器: #ifdef 指令用于检查是否在 C++ 编译环境下编译。如果 __cplusplus 宏已定义，这表示当前正在使用 C++ 编译器。
extern "C" {
防止名称修饰: extern "C" 告诉 C++ 编译器以 C 的方式链接函数。在 C++ 中，为了支持函数重载，编译器会对函数名进行“名称修饰”。使用 extern "C" 可以避免这种情况，使得 C 函数可以在 C++ 中被正确调用。
void c_function();
函数声明: 这里声明了一个名为 c_function 的函数，其返回类型为 void，表示此函数不返回任何值。同时，没有参数列表，表示该函数接受任何数量和类型的参数。
#ifdef __cplusplus
结束 C++ 检查: 这一行与之前的 #ifdef __cplusplus 相对应，用于结束对 C++ 编译环境的检查。
}
结束 extern "C" 块: 这个括号标志着 extern "C" 块的结束，表示在这个块内的所有函数声明都应按照 C 的方式处理，而不是 C++ 的标准方式。
#endif // EXAMPLE_H
结束头文件保护: 这一行对应于前面开始的 #ifndef EXAMPLE_H，它结束了头文件保护的定义。任何在这个保护区块内的代码都会被保证只会被编译一次。

c++迭代器，和迭代器失效的原因

定义: 迭代器类似于指针，它们指向容器中的某个元素，并且能够在容器中前后移动。通过迭代器，可以读取和修改容器中的数据。

迭代器类似于指针，它们指向容器中的某个元素，并且能够在容器中前后移动。通过迭代器，可以读取和修改容器中的数据。

迭代器失效的原因

容器大小变化:

插入（Insert）: 如果在迭代器当前位置插入元素，可能会导致所有指向该位置及之后元素的迭代器失效。
删除（Erase）: 删除迭代器指向的元素会使该迭代器失效，通常还会影响其他迭代器（例如，删除某个位置之前的元素会使之后的迭代器失效）。
调整容器大小: 对于动态大小的容器（如 std::vector），如果超过了其容量，可能会重新分配内存，这会使所有指向旧内存的迭代器失效。

容器清空:
调用 clear() 函数清空容器时，所有与该容器相关的迭代器都会失效。
直接赋值或重新初始化:

例如，将一个容器赋值给另一个新容器后，之前的迭代器指向的内容可能会失效。

resize和reserve方法

resize()
resize 会 改变容器的大小。它的作用是调整容器的当前大小，即容器内元素的个数。
如果新大小大于当前大小：会增加容器的元素数量，并且这些新增的元素会根据容器的类型进行默认初始化。例如，对std::vector，新增加的元素将会是 0。
如果新大小小于当前大小：会删除容器中的多余元素，容器的大小会减少。

reserve()
reserve 不会改变容器的大小，它只是调整容器的 容量（capacity），即指定一个容器最大容量。
如果目前内存能够放下这个最大容量的数据结构，没变化。
如果目前内存放不下最大容量的数据结构，扩容为指定容量的内存大小。

使用reserve 主要是为了优化性能，避免在插入新元素时频繁重新分配内存。
假设 std::vector 中的每个元素占据 4 字节（在大多数平台和编译器中，int 通常是 4 字节），那么在调用 reserve(100) 后，std::vector 会为 100 个 int 元素分配内存空间，大小大约是 100 * sizeof(int)

重新设置容器大小：

  • reserve() 用于请求容器在内部分配至少 n个元素的存储空间，以减少动态分配的次数。它不会改变容器的大小，只是调整内部容量（capacity）。
  • resize() 用于改变容器的大小到 n。如果新大小大于当前大小，容器会增加元素，新增的元素会被初始化为零或默认值；如果新大小小于当前大小，超出部分的元素会被删除。

内存方面：

  • reserve(): 只影响容量（capacity），不会导致元素的复制或移动，不会改变当前存储的元素。
  • resize(): 会改变大小（size），可能会导致元素的移动和复制，特别是在增加元素时。

lambda表达式

在这里插入图片描述
捕获列表：决定 lambda 可以访问哪些外部变量，以及以何种方式访问。
参数列表：与普通函数一致，定义 lambda 接受的输入参数。
返回类型：可选，如果不写，编译器会自动推导。
函数体：包含具体的逻辑实现。

  • capture（捕获列表）： 用于指定lambda表达式可以访问的外部变量。捕获列表的常见方式包括：
    值捕获：[x]：将变量 x 的值复制到 lambda 内部。
    引用捕获：[&x]：将变量 x 的引用传入 lambda，允许在 lambda 内部修改原始变量。
    捕获所有（值）：[=]：将所有外部变量按值捕获。
    捕获所有（引用）：[&]：将所有外部变量按引用捕获。
    混合捕获：[=, &x]：将所有外部变量按值捕获，但 x 按引用捕获。
  • parameters（参数列表）： 与普通函数的参数列表相同，定义lambda接受的输入参数，可以为空。
  • return_type（返回类型，可选）： 用于指定返回值的类型。如果不写，编译器会根据函数体自动推导返回类型。
  • function body（函数体）：包含实际的代码逻辑。

在C++中，lambda表达式（或称为匿名函数）是一种用于定义可调用对象（如函数对象）的语法糖。它的本质是提供一种方便的方式来创建和使用小的、临时的函数对象。lambda表达式可以被用作参数传递给函数，或者作为返回值。

当你在代码中使用 lambda 表达式时，编译器会将其转换为一个具体的类型，通常是一个匿名的、唯一的类。这使得 lambda 表达式不仅可以被调用，还可以携带状态（即捕获的变量）。

即使它们的结构相同，但由于捕获的变量不同，编译器会生成不同的类。
成员函数 operator()：编译器会为这个类定义一个 operator() 方法，使得你可以像调用普通函数一样调用这个 lambda。

指针和引用的区别

指针（Pointer）：指针是一个变量，它存储另一个变量的内存地址。通过指针可以间接访问或修改指针指向的变量。
引用（Reference）：引用是某个已有变量的别名，引用在创建时必须初始化，并且不能再改变指向其他变量。一旦绑定到某个变量，引用就无法指向其他变量。

解释性语言和编译性语言区别

解释性语言：
Python，JavaScript，Ruby
编译性语言：
C，C++，Rust

解释性语言：
即时执行代码是逐行解释执行的，通常没有生成独立的可执行文件。解释器在运行时读取源代码，逐行解析并执行。
平台无关性：只要有合适的解释器，可以在任何平台上运行同样的源代码。

编译性语言：
先编译后执行代码首先通过编译器转换为机器语言（或中间代码），生成一个独立的可执行文件，之后运行时直接执行该可执行文件。
性能较高：编译后的代码是机器可直接执行的，通常比解释型语言更高效。

内存使用：
解释性语言：由于代码是在执行时逐行解释，通常需要更多的内存来加载解释器和源代码。
编译性语言：编译后的程序是机器代码，执行时不需要加载解释器，所以内存使用通常更高效。
修改后的行为：
解释性语言：修改代码后可以直接运行，修改和测试的周期较短。
编译性语言：修改后需要重新编译才能运行，因此调试周期较长。
调试与错误处理：
解释性语言：错误通常在运行时发生，调试过程比较灵活，但可能遇到更难以追踪的错误（如运行时错误）。
编译性语言：错误通常在编译阶段被发现，错误信息相对较为清晰，有助于尽早发现问题。

Java
Java 既不是单纯的解释性语言，也不是单纯的编译性语言，它是两者的结合，采用了 编译+解释 的执行方式。具体来说，Java 采用了一种编译和解释相结合的机制，这种机制被称为 “编译-解释混合模式”。以下是更详细的说明：

Java 的执行流程
源代码编译：

当你编写 Java 程序时，首先会使用 Java 编译器（如 javac）将 .java 源代码编译成 字节码（即 .class 文件）。这个过程就是编译。
字节码是一种中间语言，它与平台无关，不是机器码，而是Java虚拟机（JVM）可以理解的指令。
字节码的执行：

生成的字节码不会直接运行在硬件上，而是由 Java 虚拟机（JVM） 来解释执行。
JVM 会将字节码 解释 成具体平台的机器码，然后在该平台上执行。这个过程类似于解释性语言的运行机制。
在现代 JVM 中，还引入了 即时编译（JIT，Just-In-Time compilation） 技术。JIT 会在运行时将热点字节码（即被频繁执行的部分）动态编译成机器码，以提高程序的执行效率。

C++内存泄漏可能的原因

内存泄漏是指程序在申请内存后，未能正确释放，导致系统可用内存逐渐减少，最终可能引发程序崩溃或系统性能下降。

  1. 程序员在动态分配内存后，忘记使用 delete 或 delete[]（对于数组）来释放内存。

  2. 构造函数中使用裸指针（int*, char* 等）来分配内存，但没有适当的内存管理机制（如智能指针），那么如果在析构函数没有释放内存的话，会造成内存泄漏。

  3. 异常导致的提前返回
    当程序出现异常时，如果在栈展开过程中有动态分配的内存没有被释放，就会发生内存泄漏。特别是在没有使用 try-catch 块的情况下，异常会导致提前退出函数，而此时未释放的内存会被遗弃。

  4. 智能指针循环引用

  5. 内存管理不当的多线程问题
    在多线程程序中，如果一个线程分配了内存，而另一个线程错误地释放了它，或者某个线程没有适当地释放内存，就会出现内存泄漏。


原文地址：https://blog.csdn.net/weixin_45459648/article/details/142856496

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