《逆袭进大厂》第二弹之C++进阶篇59问59答(超硬核干货)中

简介: 笔记

67、类成员初始化方式?构造函数的执行顺序 ?为什么用成员初始化列表会快一些?


1)  赋值初始化,通过在函数体内进行赋值初始化;列表初始化,在冒号后使用初始化列表进行初始化。

这两种方式的主要区别在于:

对于在函数体中初始化,是在所有的数据成员被分配内存空间后才进行的。

列表初始化是给数据成员分配内存空间时就进行初始化,就是说分配一个数据成员只要冒号后有此数据成员的赋值表达式(此表达式必须是括号赋值表达式),那么分配了内存空间后在进入函数体之前给数据成员赋值,就是说初始化这个数据成员此时函数体还未执行。

2)  一个派生类构造函数的执行顺序如下:

①   虚拟基类的构造函数(多个虚拟基类则按照继承的顺序执行构造函数)。

②   基类的构造函数(多个普通基类也按照继承的顺序执行构造函数)。

③   类类型的成员对象的构造函数(按照初始化顺序)

④   派生类自己的构造函数。

3)  方法一是在构造函数当中做赋值的操作,而方法二是做纯粹的初始化操作。我们都知道,C++的赋值操作是会产生临时对象的。临时对象的出现会降低程序的效率。


68、成员列表初始化?


1)  必须使用成员初始化的四种情况

①    当初始化一个引用成员时;

②    当初始化一个常量成员时;

③    当调用一个基类的构造函数,而它拥有一组参数时;

④    当调用一个成员类的构造函数,而它拥有一组参数时;

2)  成员初始化列表做了什么

①    编译器会一一操作初始化列表,以适当的顺序在构造函数之内安插初始化操作,并且在任何显示用户代码之前;

②    list中的项目顺序是由类中的成员声明顺序决定的,不是由初始化列表的顺序决定的;


69、什么是内存泄露,如何检测与避免


内存泄露


一般我们常说的内存泄漏是指堆内存的泄漏。堆内存是指程序从堆中分配的,大小任意的(内存块的大小可以在程序运行期决定)内存块,使用完后必须显式释放的内存。应用程序般使用malloc,、realloc、 new等函数从堆中分配到块内存,使用完后,程序必须负责相应的调用free或delete释放该内存块,否则,这块内存就不能被再次使用,我们就说这块内存泄漏了


避免内存泄露的几种方式

  • 计数法:使用new或者malloc时,让该数+1,delete或free时,该数-1,程序执行完打印这个计数,如果不为0则表示存在内存泄露
  • 一定要将基类的析构函数声明为虚函数
  • 对象数组的释放一定要用delete []
  • 有new就有delete,有malloc就有free,保证它们一定成对出现


检测工具

  • Linux下可以使用Valgrind工具
  • Windows下可以使用CRT库


70、对象复用的了解,零拷贝的了解


对象复用

对象复用其本质是一种设计模式:Flyweight享元模式。

通过将对象存储到“对象池”中实现对象的重复利用,这样可以避免多次创建重复对象的开销,节约系统资源。

零拷贝

零拷贝就是一种避免 CPU 将数据从一块存储拷贝到另外一块存储的技术。

零拷贝技术可以减少数据拷贝和共享总线操作的次数。

在C++中,vector的一个成员函数emplace_back()很好地体现了零拷贝技术,它跟push_back()函数一样可以将一个元素插入容器尾部,区别在于:使用push_back()函数需要调用拷贝构造函数和转移构造函数,而使用emplace_back()插入的元素原地构造,不需要触发拷贝构造和转移构造,效率更高。举个例子:

#include <vector>
#include <string>
#include <iostream>
using namespace std;
struct Person
{
    string name;
    int age;
    //初始构造函数
    Person(string p_name, int p_age): name(std::move(p_name)), age(p_age)
    {
         cout << "I have been constructed" <<endl;
    }
     //拷贝构造函数
     Person(const Person& other): name(std::move(other.name)), age(other.age)
    {
         cout << "I have been copy constructed" <<endl;
    }
     //转移构造函数
     Person(Person&& other): name(std::move(other.name)), age(other.age)
    {
         cout << "I have been moved"<<endl;
    }
};
int main()
{
    vector<Person> e;
    cout << "emplace_back:" <<endl;
    e.emplace_back("Jane", 23); //不用构造类对象
    vector<Person> p;
    cout << "push_back:"<<endl;
    p.push_back(Person("Mike",36));
    return 0;
}
//输出结果:
//emplace_back:
//I have been constructed
//push_back:
//I have been constructed
//I am being moved.


71、解释一下什么是trivial destructor


trivial destructor”一般是指用户没有自定义析构函数,而由系统生成的,这种析构函数在《STL源码解析》中成为“无关痛痒”的析构函数。

反之,用户自定义了析构函数,则称之为“non-trivial destructor”,这种析构函数如果申请了新的空间一定要显式的释放,否则会造成内存泄露

对于trivial destructor,如果每次都进行调用,显然对效率是一种伤害,如何进行判断呢?《STL源码解析》中给出的说明是:

首先利用value_type()获取所指对象的型别,再利用__type_traits判断该型别的析构函数是否trivial,若是(__true_type),则什么也不做,若为(__false_type),则去调用destory()函数

也就是说,在实际的应用当中,STL库提供了相关的判断方法__type_traits,感兴趣的读者可以自行查阅使用方式。除了trivial destructor,还有trivial construct、trivial copy construct等,如果能够对是否trivial进行区分,可以采用内存处理函数memcpy()、malloc()等更加高效的完成相关操作,提升效率。

《C++中的 trivial destructor》:https://blog.csdn.net/wudishine/article/details/12307611


72、介绍面向对象的三大特性,并且举例说明


三大特性:继承、封装和多态

(1)继承

让某种类型对象获得另一个类型对象的属性和方法。

它可以使用现有类的所有功能,并在无需重新编写原来的类的情况下对这些功能进行扩展

常见的继承有三种方式:

  1. 实现继承:指使用基类的属性和方法而无需额外编码的能力
  2. 接口继承:指仅使用属性和方法的名称、但是子类必须提供实现的能力
  3. 可视继承:指子窗体(类)使用基窗体(类)的外观和实现代码的能力(C++里好像不怎么用)

例如,将人定义为一个抽象类,拥有姓名、性别、年龄等公共属性,吃饭、睡觉、走路等公共方法,在定义一个具体的人时,就可以继承这个抽象类,既保留了公共属性和方法,也可以在此基础上扩展跳舞、唱歌等特有方法

(2)封装

数据和代码捆绑在一起,避免外界干扰和不确定性访问。

封装,也就是把客观事物封装成抽象的类,并且类可以把自己的数据和方法只让可信的类或者对象操作,对不可信的进行信息隐藏,例如:将公共的数据或方法使用public修饰,而不希望被访问的数据或方法采用private修饰。

(3)多态  

同一事物表现出不同事物的能力,即向不同对象发送同一消息,不同的对象在接收时会产生不同的行为(重载实现编译时多态,虚函数实现运行时多态)

多态性是允许你将父对象设置成为和一个或更多的他的子对象相等的技术,赋值之后,父对象就可以根据当前赋值给它的子对象的特性以不同的方式运作。简单一句话:允许将子类类型的指针赋值给父类类型的指针

实现多态有二种方式:覆盖(override),重载(overload)。覆盖:是指子类重新定义父类的虚函数的做法。重载:是指允许存在多个同名函数,而这些函数的参数表不同(或许参数个数不同,或许参数类型不同,或许两者都不同)。例如:基类是一个抽象对象——人,那教师、运动员也是人,而使用这个抽象对象既可以表示教师、也可以表示运动员。

《C++封装继承多态总结》:https://blog.csdn.net/IOT_SHUN/article/details/79674293


73、C++中类的数据成员和成员函数内存分布情况


C++类是由结构体发展得来的,所以他们的成员变量(C语言的结构体只有成员变量)的内存分配机制是一样的。下面我们以类来说明问题,如果类的问题通了,结构体也也就没问题啦。类分为成员变量和成员函数,我们先来讨论成员变量。

一个类对象的地址就是类所包含的这一片内存空间的首地址,这个首地址也就对应具体某一个成员变量的地址。(在定义类对象的同时这些成员变量也就被定义了),举个例子:

#include <iostream>
using namespace std;
class Person
{
public:
    Person()
    {
        this->age = 23;
    }
    void printAge()
    {
        cout << this->age <<endl;
    }
    ~Person(){}
public:
    int age;
};
int main()
{
    Person p;
    cout << "对象地址:"<< &p <<endl;
    cout << "age地址:"<< &(p.age) <<endl;
    cout << "对象大小:"<< sizeof(p) <<endl;
    cout << "age大小:"<< sizeof(p.age) <<endl;
    return 0;
}
//输出结果
//对象地址:0x7fffec0f15a8
//age地址:0x7fffec0f15a8
//对象大小:4
//age大小:4

从代码运行结果来看,对象的大小和对象中数据成员的大小是一致的,也就是说,成员函数不占用对象的内存。这是因为所有的函数都是存放在代码区的,不管是全局函数,还是成员函数。要是成员函数占用类的对象空间,那么将是多么可怕的事情:定义一次类对象就有成员函数占用一段空间。我们再来补充一下静态成员函数的存放问题:静态成员函数与一般成员函数的唯一区别就是没有this指针,因此不能访问非静态数据成员,就像我前面提到的,所有函数都存放在代码区,静态函数也不例外。所有有人一看到 static 这个单词就主观的认为是存放在全局数据区,那是不对的。

《C++类对象成员变量和函数内存分配的问题》:https://blog.csdn.net/z2664836046/article/details/78967313


74、成员初始化列表的概念,为什么用它会快一些?


成员初始化列表的概念

在类的构造函数中,不在函数体内对成员变量赋值,而是在构造函数的花括号前面使用冒号和初始化列表赋值

效率

用初始化列表会快一些的原因是,对于类型,它少了一次调用构造函数的过程,而在函数体中赋值则会多一次调用。而对于内置数据类型则没有差别。举个例子:

#include <iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
    A()
    {
        cout << "默认构造函数A()" << endl;
    }
    A(int a)
    {
        value = a;
        cout << "A(int "<<value<<")" << endl;
    }
    A(const A& a)
    {
        value = a.value;
        cout << "拷贝构造函数A(A& a):  "<<value << endl;
    }
    int value;
};
class B
{
public:
    B() : a(1)
    {
        b = A(2);
    }
    A a;
    A b;
};
int main()
{
    B b;
}
//输出结果:
//A(int 1)
//默认构造函数A()
//A(int 2)

从代码运行结果可以看出,在构造函数体内部初始化的对象b多了一次构造函数的调用过程,而对象a则没有。由于对象成员变量的初始化动作发生在进入构造函数之前,对于内置类型没什么影响,但如果有些成员是类,那么在进入构造函数之前,会先调用一次默认构造函数,进入构造函数后所做的事其实是一次赋值操作(对象已存在),所以如果是在构造函数体内进行赋值的话,等于是一次默认构造加一次赋值,而初始化列表只做一次赋值操作。

《为什么用成员初始化列表会快一些?》:https://blog.csdn.net/JackZhang_123/article/details/82590368


75、(超重要)构造函数为什么不能为虚函数?析构函数为什么要虚函数?


1、 从存储空间角度,虚函数相应一个指向vtable虚函数表的指针,这大家都知道,但是这个指向vtable的指针事实上是存储在对象的内存空间的。

问题出来了,假设构造函数是虚的,就须要通过 vtable来调用,但是对象还没有实例化,也就是内存空间还没有,怎么找vtable呢?所以构造函数不能是虚函数。

2、 从使用角度,虚函数主要用于在信息不全的情况下,能使重载的函数得到相应的调用。

构造函数本身就是要初始化实例,那使用虚函数也没有实际意义呀。

所以构造函数没有必要是虚函数。虚函数的作用在于通过父类的指针或者引用来调用它的时候可以变成调用子类的那个成员函数。而构造函数是在创建对象时自己主动调用的,不可能通过父类的指针或者引用去调用,因此也就规定构造函数不能是虚函数。

3、构造函数不须要是虚函数,也不同意是虚函数,由于创建一个对象时我们总是要明白指定对象的类型,虽然我们可能通过实验室的基类的指针或引用去訪问它但析构却不一定,我们往往通过基类的指针来销毁对象。这时候假设析构函数不是虚函数,就不能正确识别对象类型从而不能正确调用析构函数。

4、从实现上看,vbtl在构造函数调用后才建立,因而构造函数不可能成为虚函数从实际含义上看,在调用构造函数时还不能确定对象的真实类型(由于子类会调父类的构造函数);并且构造函数的作用是提供初始化,在对象生命期仅仅运行一次,不是对象的动态行为,也没有必要成为虚函数。

5、当一个构造函数被调用时,它做的首要的事情之中的一个是初始化它的VPTR。

因此,它仅仅能知道它是“当前”类的,而全然忽视这个对象后面是否还有继承者。当编译器为这个构造函数产生代码时,它是为这个类的构造函数产生代码——既不是为基类,也不是为它的派生类(由于类不知道谁继承它)。所以它使用的VPTR必须是对于这个类的VTABLE。

并且,仅仅要它是最后的构造函数调用,那么在这个对象的生命期内,VPTR将保持被初始化为指向这个VTABLE, 但假设接着另一个更晚派生的构造函数被调用,这个构造函数又将设置VPTR指向它的 VTABLE,等.直到最后的构造函数结束。

VPTR的状态是由被最后调用的构造函数确定的。这就是为什么构造函数调用是从基类到更加派生类顺序的还有一个理由。可是,当这一系列构造函数调用正发生时,每一个构造函数都已经设置VPTR指向它自己的VTABLE。假设函数调用使用虚机制,它将仅仅产生通过它自己的VTABLE的调用,而不是最后的VTABLE(全部构造函数被调用后才会有最后的VTABLE)。

因为构造函数本来就是为了明确初始化对象成员才产生的,然而virtual function主要是为了再不完全了解细节的情况下也能正确处理对象。另外,virtual函数是在不同类型的对象产生不同的动作,现在对象还没有产生,如何使用virtual函数来完成你想完成的动作。

直接的讲,C++中基类采用virtual虚析构函数是为了防止内存泄漏。

具体地说,如果派生类中申请了内存空间,并在其析构函数中对这些内存空间进行释放。假设基类中采用的是非虚析构函数,当删除基类指针指向的派生类对象时就不会触发动态绑定,因而只会调用基类的析构函数,而不会调用派生类的析构函数。那么在这种情况下,派生类中申请的空间就得不到释放从而产生内存泄漏。

所以,为了防止这种情况的发生,C++中基类的析构函数应采用virtual虚析构函数。


76、析构函数的作用,如何起作用?


1)  构造函数只是起初始化值的作用,但实例化一个对象的时候,可以通过实例去传递参数,从主函数传递到其他的函数里面,这样就使其他的函数里面有值了。

规则,只要你一实例化对象,系统自动回调用一个构造函数就是你不写,编译器也自动调用一次。

2)  析构函数与构造函数的作用相反,用于撤销对象的一些特殊任务处理,可以是释放对象分配的内存空间;特点:析构函数与构造函数同名,但该函数前面加~。

析构函数没有参数,也没有返回值,而且不能重载,在一个类中只能有一个析构函数。当撤销对象时,编译器也会自动调用析构函数。

每一个类必须有一个析构函数,用户可以自定义析构函数,也可以是编译器自动生成默认的析构函数。一般析构函数定义为类的公有成员。


77、构造函数和析构函数可以调用虚函数吗,为什么


1) 在C++中,提倡不在构造函数和析构函数中调用虚函数;

2) 构造函数和析构函数调用虚函数时都不使用动态联编,如果在构造函数或析构函数中调用虚函数,则运行的是为构造函数或析构函数自身类型定义的版本;

3) 因为父类对象会在子类之前进行构造,此时子类部分的数据成员还未初始化,因此调用子类的虚函数时不安全的,故而C++不会进行动态联编;

4) 析构函数是用来销毁一个对象的,在销毁一个对象时,先调用子类的析构函数,然后再调用基类的析构函数。所以在调用基类的析构函数时,派生类对象的数据成员已经销毁,这个时候再调用子类的虚函数没有任何意义。


78、构造函数、析构函数的执行顺序?构造函数和拷贝构造的内部都干了啥?


1)     构造函数顺序

①   基类构造函数。如果有多个基类,则构造函数的调用顺序是某类在类派生表中出现的顺序,而不是它们在成员初始化表中的顺序。

②   成员类对象构造函数。如果有多个成员类对象则构造函数的调用顺序是对象在类中被声明的顺序,而不是它们出现在成员初始化表中的顺序。

③   派生类构造函数。

2)     析构函数顺序

①   调用派生类的析构函数;

②   调用成员类对象的析构函数;

③   调用基类的析构函数。


79、虚析构函数的作用,父类的析构函数是否要设置为虚函数?


1)  C++中基类采用virtual虚析构函数是为了防止内存泄漏。

具体地说,如果派生类中申请了内存空间,并在其析构函数中对这些内存空间进行释放。

假设基类中采用的是非虚析构函数,当删除基类指针指向的派生类对象时就不会触发动态绑定,因而只会调用基类的析构函数,而不会调用派生类的析构函数。

那么在这种情况下,派生类中申请的空间就得不到释放从而产生内存泄漏。

所以,为了防止这种情况的发生,C++中基类的析构函数应采用virtual虚析构函数。

2)  纯虚析构函数一定得定义,因为每一个派生类析构函数会被编译器加以扩张,以静态调用的方式调用其每一个虚基类以及上一层基类的析构函数。

因此,缺乏任何一个基类析构函数的定义,就会导致链接失败,最好不要把虚析构函数定义为纯虚析构函数。


80、构造函数析构函数可否抛出异常


1)   C++只会析构已经完成的对象,对象只有在其构造函数执行完毕才算是完全构造妥当。在构造函数中发生异常,控制权转出构造函数之外。

因此,在对象b的构造函数中发生异常,对象b的析构函数不会被调用。因此会造成内存泄漏。

2)  用auto_ptr对象来取代指针类成员,便对构造函数做了强化,免除了抛出异常时发生资源泄漏的危机,不再需要在析构函数中手动释放资源;

3)  如果控制权基于异常的因素离开析构函数,而此时正有另一个异常处于作用状态,C++会调用terminate函数让程序结束;

4)  如果异常从析构函数抛出,而且没有在当地进行捕捉,那个析构函数便是执行不全的。如果析构函数执行不全,就是没有完成他应该执行的每一件事情。


81、构造函数一般不定义为虚函数的原因


(1)创建一个对象时需要确定对象的类型,而虚函数是在运行时动态确定其类型的。在构造一个对象时,由于对象还未创建成功,编译器无法知道对象的实际类型

(2)虚函数的调用需要虚函数表指针vptr,而该指针存放在对象的内存空间中,若构造函数声明为虚函数,那么由于对象还未创建,还没有内存空间,更没有虚函数表vtable地址用来调用虚构造函数了

(3)虚函数的作用在于通过父类的指针或者引用调用它的时候能够变成调用子类的那个成员函数。而构造函数是在创建对象时自动调用的,不可能通过父类或者引用去调用,因此就规定构造函数不能是虚函数

(4)析构函数一般都要声明为虚函数,这个应该是老生常谈了,这里不再赘述

《为什么C++不能有虚构造函数,却可以有虚析构函数》:https://dwz.cn/lnfW9H6m


82、类什么时候会析构?


1)  对象生命周期结束,被销毁时;

2)  delete指向对象的指针时,或delete指向对象的基类类型指针,而其基类虚构函数是虚函数时;

3)  对象i是对象o的成员,o的析构函数被调用时,对象i的析构函数也被调用。


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