c++面试八股文
https://blog.csdn.net/songbijian/article/details/132507421
1.讲一讲封装、继承、多态是什么？
封装：将具体实现过程和数据封装成一个类，只能通过接口进行访问，降低耦合性，使类成为一个具有内部数据的自我隐藏能力、功能独立的软件模块。意义：保护或防止代码在无意之中被破坏，保护类中的成员，不让类中以外的程序直接访问或者修改，只能通过提供的公共接口访问。
继承：子类继承父类的特征和行为，复用了基类的全体数据和成员函数，具有从基类复制而来的数据成员和成员函数（基类私有成员可被继承，但是无法被访问），其中构造函数、析构函数、友元函数、静态数据成员、静态成员函数都不能被继承。基类中成员的访问方式只能决定派生类能否访问它们。增强了代码耦合性，当父类中的成员变量或者类本身被final关键字修饰时，修饰的类不能被继承，修饰的成员函数不能重写或修改。意义：基类的程序代码可以被派生类复用，提高了软件复用的效率，缩短了软件开发的周期
多态：不同继承类的对象对同一消息做出不同的响应，基类的指针指向或绑定到派生类的对象，使得基类指针呈现不同的表现形式。意义：对已存在的代码具有可替代性，对代码具有可扩充性，新增子类不会影响已存在类的各种性质，在程序中体现了灵活多样的操作，提高了使用效率，简化了对应用代码的编写和修改过程。
2.多态的实现原理（实现方式）是什么？以及多态的优点（特点）？
实现方式：多态分为动态多态（动态多态是利用虚函数实现运行时的多态，即在系统编译的时候并不知道程序将要调用哪一个函数，只有在运行到这里的时候才能确定接下来会跳转到哪一个函数。）和静态多态（又称编译期多态，即在系统编译期间就可以确定程序将要执行哪个函数），其中动态多态是通过虚函数实现的，虚函数是类的成员函数，存在存储虚函数指针的表叫做虚函数表，虚函数表是一个存储类成员虚函数的指针，每个指针都指向调用它的地方，当子类调用虚函数时，就会去虚表里面找自己对应的函数指针，从而实现“谁调用、实现谁”从而实现多态。而静态多态则是通过函数重载（函数名相同，参数不同，两个函数在同一作用域），运算符重载，和重定义（又叫隐藏，指的是在继承关系中，子类实现了一个和父类名字一样的函数，（只关注函数名，和参数与返回值无关）这样的话子类的函数就把父类的同名函数隐藏了。隐藏只与函数名有关，与参数没有关系.）来实现的。
优点：加强代码的可扩展性，可替换性，增强程序的灵活性，提高使用效率，简化对应用代码的编写和修改过程。
3.final标识符的作用是什么？
放在类的后面表示该类无法被继承，也就是阻止了该类的继承，放在虚函数后面该虚函数无法被重写，表示阻止虚函数的重载
4.虚函数是怎么实现的？它存放在哪里在内存的哪个区？什么时候生成的
在C++中，虚函数的实现原理基于两个关键概念：虚函数表和虚函数指针
虚函数表：每个包含虚函数的类都会生成一个虚函数表，其中存储着该类中所有虚函数的地址。虚函数表是一个由指针构成的数组，每个指针指向一个虚函数的实现代码。
虚函数指针：在对象的内存布局中，编译器会添加一个额外的指针，称为虚函数指针或虚表指针。这个指针指向该对象对应的虚函数表，从而让程序能够动态的调用虚函数。
当一个基类指针或引用调用虚函数时，编译器会使用虚表指针来查找该对象对应的虚函数表，并根据函数在虚函数表中的位置来调用正确的虚函数。
在编译阶段生成，虚函数和普通函数一样存放在代码段，只是它的指针又存放在了虚表之中。
5.智能指针的本质是什么，它们的实现原理是什么？
智能指针本质是一个封装了一个原始C++指针的类模板，为了确保动态内存的安全性而产生的。实现原理是通过一个对象存储需要被自动释放的资源，然后依靠对象的析构函数来释放资源。
6.匿名函数的本质是什么？它的优点是什么？
匿名函数本质上是一个对象，在其定义的过程中会创建出一个栈对象，内部通过重载()符号实现函数调用的外表。
优点：使用匿名函数，可以免去函数的声明和定义。这样匿名函数仅在调用函数的时候才会创建函数对象，而调用结束后立即释放，所以匿名函数比非匿名函数更节省空间。
7.右值引用是什么，为什么要引入右值引用？
右值引用是为一个临时变量取别名，它只能绑定到一个临时变量或表达式（将亡值）上。实际开发中我们可能需要对右值进行修改（实现移动语义时就需要）而右值引用可以对右值进行修改。
为什么：
1.为了支持移动语义，右值引用可以绑定到临时对象、表达式等右值上，这些右值在生命周期结束后就会被销毁，因此可以在右值引用中窃取其资源，从而避免昂贵的复制操作，实现高效的移动语义。
2.完美转发：右值引用可以绑定到任何类型的右值上，可以将其作为参数传递给函数，并在函数内部将其“转发”到其他函数中，从而实现完美转发。
3.拓展可变参数模板，实现更加灵活的模板编程。
8.左值引用和指针的区别？
是否初始化：指针可以不用初始化，引用必须初始化
性质不同：指针是一个变量，引用是对被引用的对象取一个别名
占用内存单元不同：指针有自己的空间地址，引用和被引用对象占同一个空间。
9.指针是什么？
指针全名为指针变量，计算机在存储数据是有序存放的，为了能够使用存放的地址，就需要一个地址来区别每个数据的位置，指针变量就是用来存放这些地址的变量。
10.weak_ptr真的不计数？是否有计数方式，在哪分配的空间。
计数，控制块中有强弱引用计数，如果是使用make_shared初始化的函数则它所在的控制块空间是在所引用的shared_ptr中同一块的空间，若是new则控制器所分配的内存与shared_ptr本身所在的空间不在同一块内存。
11.malloc的内存分配的方式，有什么缺点？
malloc并不是系统调用，而是C库中的函数，用于动态内存分配，在使用malloc分配内存的时候会有两种方式向操作系统申请堆内存
方式1：当用户分配的内存小于128KB时通过brk()系统调用从堆分配内存，实现方式：将堆顶指针向高地址移动，获取内存空间，如果使用free释放空间，并不会将内存归还给操作系统，而是会缓存在malloc的内存池中，待下次使用
方式2：当用户分配的内存大于128KB时通过mmap()系统调用在文件映射区域分配内存，实现方式为：使用私有匿名映射的方式，在文件映射区分配一块内存，也就是从文件映射区拿了一块内存，free释放内存的时候，会把内存归还给操作系统，内存得到真正释放
缺点：容易造成内存泄漏和过多的内存碎片，影响系统正常运行，还得注意判断内存是否分配成功，而且内存释放后（使用free函数之后指针变量p本身保存的地址并没有改变），需要将p的赋值为NULL拴住野指针。
11.1为什么不全部使用mmap来分配内存？
因为向操作系统申请内存的时候，是要通过系统调用的，执行系统调用要进入内核态，然后再回到用户态，状态的切换会耗费不少时间，所以申请内存的操作应该避免频繁的系统调用，如果都使用mmap来分配内存，等于每次都要执行系统调用。另外，因为mmap分配的内存每次释放的时候都会归还给操作系统，于是每次mmap分配的虚拟地址都是缺页状态，然后在第一次访问该虚拟地址的时候就会触发缺页中断。
11.2为什么不全部都用brk
如果全部使用brk申请内存那么随着程序频繁的调用malloc和free，尤其是小块内存，堆内将产生越来越多的不可用的内存碎片。
12.传入一个指针，它如何确定具体要清理多少空间呢？
我们在申请内存的时候，会多分配16字节的内存，里面保存了内存块的详细信息，free会对传入的内存地址向左偏移16字节，然后分析出当前内存块的大小，就知道要释放多大的内存空间了。
13.define和const的区别是什么？
编译阶段：define是在编译预处理阶段进行简单的文本替换，const是在编译阶段确定其值
安全性：define定义的宏常量没有数据类型，只是进行简单的替换，不会进行类型安全检查；const定义的常量是有类型的，是要进行类型判断的
内存占用：define定义的宏常量，在程序中使用多少次就会进行多少次替换，内存中有多个备份，占用的是代码段的内存；const定义常量占用静态存储区域的空间，程序运行过程中只有一份
调试：define定义的宏常量不能调试，因为在预编译阶段就已经进行替换了；const定义的常量是可以进行调试的。
14.程序运行的步骤是什么
预编译：将头文件编译，进行宏替换，输出.i文件
编译：将其转化为汇编语言文件，主要做词法分析，语义分析以及检查错误，检查无误后将代码翻译成汇编语言，生成.s文件
汇编：汇编器将汇编语言文件翻译成机器语言，生成.o文件
链接：将目标文件和库链接到一起，生成可执行文件.exe
15.锁的底层原理是什么？
锁的底层是通过CAS，atomic 机制实现。
CAS机制：全称为Compare And Swap（比较相同再交换）可以将比较和交换操作转换为原子操作，CAS操作依赖于三个值：内存中的值V，旧的预估值X，要修改的新值B，如果旧的预估值X等于内存中的值V，就将新的值B保存在内存之中。（就是每一个线程从主内存复制一个变量副本后，进行操作，然后对其进行修改，修改完后，再刷新回主内存前。再取一次主内存的值，看拿到的主内存的新值与当初保存的快照值，是否一样，如果不一样，说明有其他线程修改，本次修改放弃，重试。）
atomic机制：如16问。
16.原子操作是什么？
原子操作是指不会被线程调度机制打断的操作，这种操作一旦开始，就一直运行到结束，中间不会有任何切换到另一个线程。
原理是：在X86的平台下，CPU提供了在指令执行期间对总线加锁的手段，CPU中有一根引线#HLOCK pin连接到北桥，如果汇编语言的程序在程序中的一条指令前面加上了前缀“LOCK”，经过汇编之后的机器码就使CPU在执行这条指令的时候把#HLOCKpin的电平拉低持续到这条指令结束的时候放开，从而把总线锁住，这样别的CPU就暂时不能够通过总线访问内存了，保证了多处理器环境中的原子性。
17.纯虚函数是否可以存在默认实现
答案是可以的，但是意义不是很大。
18.堆，栈都存什么内容
栈是一种先进后出（LIFO） 的内存区域，由编译器自动分配和释放，用于存储函数调用过程中的临时数据，其操作效率高。
- 函数参数
- 局部变量
- 返回地址
- 栈帧信息
- 非静态局部对象的成员变量
堆是一种动态分配的内存区域，由程序员手动申请（如 new/malloc）和释放（如 delete/free），其大小不固定，管理相对灵活但效率较低。
- 动态分配的变量 / 对象
- 容器中的动态数据
- 全局 / 静态变量中动态分配的部分
19.堆和栈的大小限制是多少
栈的默认大小由操作系统和编译器决定，通常较小： Windows 系统：默认栈大小一般为 1MB（可通过编译器设置调整，如 Visual Studio 中可修改项目配置）。 Linux 系统：默认栈大小通常为 8MB（可通过 ulimit -s 命令查看和临时调整）。 嵌入式系统或资源受限环境：栈大小可能更小（如几十 KB），需手动配置。
限制原因 栈的内存是连续分配的，且由系统自动管理（函数调用时分配，返回时释放），设计为较小的固定大小可避免内存碎片化，提升访问效率。
溢出风险 若函数递归层级过深、局部变量占用内存过大（如大型数组），可能导致栈溢出（Stack Overflow），程序会直接崩溃。
堆的最大可能大小取决于系统的地址空间： 32 位系统：地址空间上限为 4GB（实际可用堆通常远小于此，受操作系统内核占用、其他进程内存使用等影响，一般不超过 2GB）。 64 位系统：地址空间极大（理论上可达 2^64 字节），但实际受物理内存（RAM）和虚拟内存（交换分区 / 页面文件）总大小限制。
20、常量池
常量池（Constant Pool） 是用于存储程序中各种常量（如字符串、数字常量、类 / 方法信息等）的特殊内存区域，其核心作用是避免常量重复存储、节省内存空间，并提高访问效率。
C++ 标准未明确规定常量池，但编译器（如 GCC、MSVC）通常会对字符串常量等实现类似 “常量池” 的优化，称为字符串驻留（String Interning）。
- 相同的字符串字面量在编译时会被合并，仅存储一份（位于只读数据段.rodata）。
- 通过const char*定义的字符串指针会指向常量池中的同一份数据，而std::string是否使用常量池取决于编译器和版本（C++11 后std::string可能不依赖常量池，直接管理内存）。
基本类型常量（如const int a = 5）通常存储在栈或全局数据段，不进入 “常量池”，但编译器会进行值优化（如直接替换为常量值）。
常量池的核心作用 节省内存：相同常量只存储一份，避免重复占用空间。 提高效率：常量地址固定，访问时无需重复创建，加快引用速度。 保证唯一性：确保常量在程序中全局唯一，避免逻辑错误（如字符串比较时的地址一致性）。
21、类枚举和普通枚举区别
在 C++ 中，“类枚举”（enum class，也称为 “限定作用域枚举”）和 “普通枚举”（enum，也称为 “不限定作用域枚举”）是两种枚举类型，它们的核心区别体现在作用域、类型安全性和隐式转换三个方面。C++11 引入 enum class 正是为了解决普通枚举的一些缺陷。
作用域与命名冲突 普通枚举的枚举值会 “泄漏” 到所在的作用域中，可能导致命名冲突；而类枚举的枚举值被严格限定在自身作用域内，必须通过 枚举名::值 的方式访问，避免冲突。
类型安全性与隐式转换 普通枚举的值本质是整数，可与整数类型隐式转换，容易导致逻辑错误；类枚举是独立类型，禁止与整数或其他枚举类型隐式转换，类型安全性更高。
底层类型控制 普通枚举的底层整数类型由编译器决定（通常是 int），无法显式指定；类枚举可以显式指定底层类型（如 uint8_t、int32_t），便于控制内存占用和跨平台兼容性。
22、内联变量
inline constexpr bool kCgLimitDeviceRead = true;constexpr：编译期常量，确保不可变性 编译期计算：constexpr 表明该变量是编译期常量，其值在编译阶段就已确定，而非运行时初始化。这意味着编译器可将其值直接嵌入到使用它的代码中（类似宏替换，但类型安全），无需运行时内存分配。 不可修改：constexpr 隐含 const 语义，变量初始化后无法被修改（编译期检查，若尝试修改会直接报错），确保值的唯一性和稳定性。 类型安全：相比 #define 宏定义的常量，constexpr 变量有明确的 bool 类型，编译器会进行类型检查，避免隐式类型转换导致的错误。
inline：允许跨翻译单元重复定义，避免链接冲突 跨文件共享：在 C++ 中，若一个变量在多个 .cpp 文件（翻译单元）中声明，会导致链接冲突（多重定义错误）。inline 关键字允许该变量在多个翻译单元中重复定义（只要定义完全相同），编译器会在链接时自动合并为单一实例，适合作为全局共享的常量。 头文件安全：因此，这类变量通常放在头文件中，供多个源文件包含使用，无需担心 “重复定义” 问题（这是 inline 在变量上的核心作用，C++17 开始支持 inline 变量）。
命名风格：符合工程实践的常量命名 前缀 k 表示 “常量”（源自 Google C++ 风格指南，广泛用于工程实践）；