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常见C++/Java面试题总结一

分类: 文章 • 2024-03-22 08:57:52

面试问题复习（一）

1. 缓冲区溢出

缓冲区溢出原指当某个数据超过了处理程序限制的范围时，程序出现的异常操作。造成此现象的原因有：

  • 存在缺陷的程序设计。
  • 尤其是C语言，不像其他一些高级语言会自动进行数组或者指针的边界检查，增加溢出风险。
  • C语言中的C标准库还具有一些非常危险的操作函数，使用不当也为溢出创造条件。比如（1.字符串处理函数没有指定长度，单单凭借结尾字符是不是’\0’来判断结束。2.被处理的字符超过缓冲区可接受的大小。例如，从屏幕输入字符串：gets(buff)，但是buff的内存少于屏幕一行字符个数，就会导致溢出，应该使用fgets)。

2.linux上gcc版本提供了三种对抗缓冲器溢出

  • 栈随机化；
  • 栈破坏检测；
  • 限制可执行代码区域；

3. 如何实现线程安全

产生线程不安全的原因
在同一程序中运行多个线程本身不会导致问题，问题在于多个线程访问了相同的资源。如，同一内存区（变量，数组，或对象）、系统（数据库，web services等）或文件。实际上，这些问题只有在一或多个线程向这些资源做了写操作时才有可能发生，只要资源没有发生变化,多个线程读取相同的资源就是安全的。

在Java多线程编程当中，提供了多种实现Java线程安全的方式：

  • 最简单的方式，使用Synchronization关键字:Java Synchronization介绍
  • 使用java.util.concurrent.atomic 包中的原子类，例如 AtomicInteger
  • 使用java.util.concurrent.locks 包中的锁
  • 使用线程安全的集合ConcurrentHashMap
  • 使用volatile关键字，保证变量可见性（直接从内存读，而不是从线程cache读）

4. 进程/线程间通信

#####　进程间通信

  • 管道( pipe )：管道是一种半双工的通信方式，数据只能单向流动，而且只能在具有亲缘关系的进程间使用。进程的亲缘关系通常是指父子进程关系。

  • 有名管道 (namedpipe) ： 有名管道也是半双工的通信方式，但是它允许无亲缘关系进程间的通信。

  • 信号量(semophore ) ： 信号量是一个计数器，可以用来控制多个进程对共享资源的访问。它常作为一种锁机制，防止某进程正在访问共享资源时，其他进程也访问该资源。因此，主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段。

  • 消息队列( messagequeue ) ： 消息队列是由消息的链表，存放在内核中并由消息队列标识符标识。消息队列克服了信号传递信息少、管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。

  • 信号 (sinal ) ： 信号是一种比较复杂的通信方式，用于通知接收进程某个事件已经发生。

  • 共享内存(shared memory ) ：共享内存就是映射一段能被其他进程所访问的内存，这段共享内存由一个进程创建，但多个进程都可以访问。共享内存是最快的 IPC 方式，它是针对其他进程间通信方式运行效率低而专门设计的。它往往与其他通信机制，如信号两，配合使用，来实现进程间的同步和通信。

  • 套接字(socket ) ： 套解口也是一种进程间通信机制，与其他通信机制不同的是，它可用于不同及其间的进程通信。

线程建的通信方式

  • 锁机制：包括互斥锁、条件变量、读写锁

    • 互斥锁提供了以排他方式防止数据结构被并发修改的方法。
    • 读写锁允许多个线程同时读共享数据，而对写操作是互斥的。
    • 条件变量可以以原子的方式阻塞进程，直到某个特定条件为真为止。对条件的测试是在互斥锁的保护下进行的。条件变量始终与互斥锁一起使用。

  • 信号量机制(Semaphore)：包括无名线程信号量和命名线程信号量

  • 信号机制(Signal)：类似进程间的信号处理

线程间的通信目的主要是用于线程同步，所以线程没有像进程通信中的用于数据交换的通信机制。

5. 使用TCP/UDP的应用协议有哪些

TCP对应的协议：

（1） FTP：定义了文件传输协议，使用21端口。

（2） Telnet：一种用于远程登陆的端口，使用23端口，用户可以以自己的身份远程连接到计算机上，可提供基于DOS模式下的通信服务。

（3） SMTP：邮件传送协议，用于发送邮件。服务器开放的是25号端口。

（4） POP3：它是和SMTP对应，POP3用于接收邮件。POP3协议所用的是110端口。

（5）HTTP：是从Web服务器传输超文本到本地浏览器的传送协议。

UDP对应的协议：

（1） DNS：用于域名解析服务，将域名地址转换为IP地址。DNS用的是53号端口。

（2） SNMP：简单网络管理协议，使用161号端口，是用来管理网络设备的。由于网络设备很多，无连接的服务就体现出其优势。

（3） TFTP(Trival File Tran敏感词er Protocal)，简单文件传输协议，该协议在熟知端口69上使用UDP服务。

6. 两种报文的格式

TCP

常见C++/Java面试题总结一

源端口： 数据发送方的端口号。

目的端口： 数据接受方的端口号。

序号：本数据报文中的的第一个字节的序号（在数据流中每个字节都对应一个序号）。

确认号：希望收到的下一个数据报文中的第一个字节的序号。

数据偏移：表示本报文数据段距离报文段有多远。

保留：顾名思义，用来保留给以后用的。

紧急比特URG：当值为1时表示次报文段中有需要紧急处理。

确认比特ACK：值为1时确认号有效，值为0时确认号无效。

复位比特RST：值为1时表示TCP连接存在严重的错误，需要重新进行连接。

同步比特SYN：值为1表示这是一个连接请求或连接接受报文。

终止比特FIN： 值为1表示要发送的数据报已经发送完毕，需要释放传送连接。

窗口字段：TCP连接的一端根据缓存空间的大小来确定自己接受窗口的大小，限制发送放的窗口上限。

检验和：用来检验首部和数据两部分的正确性。

紧急指针字段：本报文紧急数据的最后一个字节的序号。

UDP

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-jpFqmge0-1570802090497)(https://img-my.csdn.net/uploads/201204/10/1334069453_5734.png “1”)]

源端口号和目的端口号如上和TCP的相同。

UDP长度：UDP报文的字节长度（包括首部和数据）。

UDP校验和: 检验UDP首部和数据部分的正确性。

IP

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-d5QUqM1K-1570802090498)(https://img-my.csdn.net/uploads/201204/10/1334070198_2001.png “2”)]

版本：指IP协议的版本。

首部长度：首部的长度

服务类型：如下图：

其中优先级用来区别优先级别不同的IP报文。

D表示要求有更低的时延。

T表示要求有更高的吞吐量。

R表示要求有更高的可靠性。

总长度：报文的长度。

标识：由于数据报长度超过传输网络的MTU（最大传输单元)而必须分片，这个标识字段的值被复制到所有数据报分片的标识字段中，使得这些分片在达到最终的目的地时可以依照标识字段的内容重新组成原先的数据报。

标志：最低位是MF，MF=1时，表示后面还有分片。

中间位的DF，DF=1时，表示不能分片。

片偏移： 和前面的数据分片相关，是本分片在原先数据报文中相对首位的偏移位。

生存时间：数据报在网络中存活的时间，所允许通过的路由器的最大数量，没通过一个路由器，该值自动减一，如果数值为0，路由器就可以把该数据报丢弃。

协议： 指出数据报携带的数据是使用何种协议，以便目的主机的IP层能知道次数据报上交到哪一个进程（不同协议有一个专门不同的进程处理）。

首部校验位和：对首部进行校验运算。

校验方法 ： 在发送端，将IP数据报首部划分为多个16位的二进制序列，并将首部校验和字段置为0，用反码运算将所有16位序列对位相加后，将得到多的

和的反码写入首部校验和字段。接收端接收到数据报后，将数据报首部的所有字段组织成多个16位的二进制序列，再使用反码运算相加

一次，将得到的结果取反。如果结果为0代表没出错，否则出错。

源地址：发送数据报的节点地址。

目的地址：接受数据报的节点地址。

7. TCP拥塞控制算法

TCP协议有两个比较重要的控制算法，一个是流量控制，另一个就是阻塞控制。

TCP协议通过滑动窗口来进行流量控制，它是控制发送方的发送速度从而使接受者来得及接收并处理。而拥塞控制是作用于网络，它是防止过多的包被发送到网络中，避免出现网络负载过大，网络拥塞的情况。

拥塞算法需要掌握其状态机和四种算法。拥塞控制状态机的状态有五种，分别是Open，Disorder，CWR，Recovery和Loss状态。四个算法为慢启动，拥塞避免，拥塞发生时算法和快速恢复。

TCP 拥塞控制算法

8. 二叉树遍历

四种主要的遍历思想为：

前序遍历：根结点 —> 左子树 —> 右子树

中序遍历：左子树—> 根结点 —> 右子树

后序遍历：左子树 —> 右子树 —> 根结点

层次遍历：只需按层次遍历即可（广度优先遍历）

深度优先遍历（前、中、后）

9. 面向对象封装的理解

封装从字面上来理解就是包装的意思，专业点就是信息隐藏，是指利用抽象数据类型将数据和基于数据的操作封装在一起，使其构成一个不可分割的独立实体，数据被保护在抽象数据类型的内部，尽可能地隐藏内部的细节，只保留一些对外接口使之与外部发生联系。系统的其他对象只能通过包裹在数据外面的已经授权的操作来与这个封装的对象进行交流和交互。也就是说用户是无需知道对象内部的细节，但可以通过该对象对外的提供的接口来访问该对象。

对于封装而言，一个对象它所封装的是自己的属性和方法，所以它是不需要依赖其他对象就可以完成自己的操作。使用封装有三大好处：

1、良好的封装能够减少耦合。

2、类内部的结构可以*修改。

3、可以对成员进行更精确的控制。

4、隐藏信息，实现细节。

封装把一个对象的属性私有化，同时提供一些可以被外界访问的属性的方法，如果不想被外界方法，我们大可不必提供方法给外界访问。但是如果一个类没有提供给外界访问的方法，那么这个类也没有什么意义了。

封装可以使我们容易地修改类的内部实现，而无需修改使用了该类的客户代码。就可以对成员变量进行更精确的控制。

10. 设计模式

创建模式
  • 抽象工厂模式(Abstract Factory) ,提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定它们具体的类。
  • 生成器模式 (Builder)，将一个复杂对象的构建与它的表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。
  • 工厂方法模式(Factory Method) ，定义一个用于创建对象的接口，让子类决定将哪一个类实例化。Factory Method使一个类的实例化延迟到其子类。
  • 原型模式 (Prototype) ，用原型实例指定创建对象的种类，并且通过拷贝这个原型来创建新的对象。
  • 单例模式(Singleton)，保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。
结构模式
  • 适配器模式 (Adapter) ，将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口。Adapter模式使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的那些类可以一起工作。
  • 桥接模式(Bridge) ，将抽象部分与它的实现部分分离，使它们都可以独立地变化。
  • 组合模式(Composite) ，将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构。它使得客户对单个对象和复合对象的使用具有一致性。
  • 容器模式
  • 修饰模式 (Decorator) ，动态地给一个对象添加一些额外的职责。就扩展功能而言， 它比生成子类方式更为灵活。
  • 扩展性模式
  • 外观模式
  • 享元模式
  • 管道与过滤器模式
  • 代理模式(Proxy) ，为其他对象提供一个代理以控制对这个对象的访问。
行为模式
  • 责任链模式 (Chain of Responsibility) ，为解除请求的发送者和接收者之间耦合，而使多个对象都有机会处理这个请求。将这些对象连成一条链，并沿着这条链传递该请求，直到有一个对象处理它。
  • 命令模式 (Command) ，将一个请求封装为一个对象，从而使你可用不同的请求对客户进行参数化；对请求排队或记录请求日志，以及支持可取消的操作。
  • 柯里化模式
  • 事件监听器模式
  • 解释器模式
  • 迭代器模式
  • 中介者模式
  • 备忘录模式 (Memento) ，在不破坏封装性的前提下，捕获一个对象的内部状态，并在该对象之外保存这个状态。这样以后就可将该对象恢复到保存的状态。
  • 观察者模式(Observer) ，定义对象间的一种一对多的依赖关系,以便当一个对象的状态发生改变时,所有依赖于它的对象都得到通知并自动刷新。
  • 状态模式 (State) ，允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为。对象看起来似乎修改了它所属的类。
  • 策略模式 (Strategy) ，定义一系列的算法,把它们一个个封装起来, 并且使它们可相互替换。本模式使得算法的变化可独立于使用它的客户。

11. 内存泄露和解决办法

  1. 什么是内存泄漏（memory leak）？

指由于疏忽或错误造成程序未能释放已经不再使用的内存的情况。内存泄漏并非指内存在物理上的消失，而是应用程序分配某段内存后，由于设计错误，失去了对该段内存的控制，因而造成了内存的浪费。

  1. 对于C和C++这种没有Garbage Collection 的语言来讲，我们主要关注两种类型的内存泄漏：

    • 堆内存泄漏（Heap leak）。对内存指的是程序运行中根据需要分配通过malloc,realloc new等从堆中分配的一块内存，再是完成后必须通过调用对应的 free或者delete 删掉。如果程序的设计的错误导致这部分内存没有被释放，那么此后这块内存将不会被使用，就会产生Heap Leak.

    • 系统资源泄露（Resource Leak）.主要指程序使用系统分配的资源比如 Bitmap,handle ,SOCKET等没有使用相应的函数释放掉，导致系统资源的浪费，严重可导致系统效能降低，系统运行不稳定。

  2. 如何解决内存泄露？

    内存泄露的问题其困难在于1.编译器不能发现这些问题。2.运行时才能捕获到这些错误，这些错误没有明显的症状，时隐时现。3.对于手机等终端开发用户来说，尤为困难。下面从三个方面来解决内存泄露：

    第一，良好的编码习惯，尽量在涉及内存的程序段，检测出内存泄露。当程式稳定之后，在来检测内存泄露时，无疑增加了排除的困难和复杂度。

    使用了内存分配的函数，要记得要使用其想用的函数释放掉，一旦使用完毕,立即释放。要特别注意数组对象的内存泄漏，对于系统资源使用之前要仔细看起使用方法，防止错误使用或者忘记释放掉系统资源。

  3. 由内存泄露引出内存溢出话题：

所谓内存溢出就是你要求分配的内存超出了系统能给你的，系统不能满足需求，于是会产生内存溢出的问题。

常见的溢出主要有：

内存分配未成功，却使用了它。
常用解决办法是，在使用内存之前检查指针是否为NULL。如果指针p 是函数的参数，那么在函数的入口处用assert(p!=NULL)进行检查。如果是用malloc 或new 来申请内存，应该用if(p==NULL)或if(p!=NULL)进行防错处理。

内存分配虽然成功，但是尚未初始化就引用它。
内存分配成功并且已经初始化，但操作越过了内存的边界。
例如在使用数组时经常发生下标“多1”或者“少1”的操作。特别是在for 循环语句中，循环次数很容易搞错，导致数组操作越界。

使用free 或delete 释放了内存后，没有将指针设置为NULL。导致产生“野指针”。

程序中的对象调用关系过于复杂，实在难以搞清楚某个对象究竟是否已经释放了内存，此时应该重新设计数据结构，从根本上解决对象管理的混乱局面。（这点可是深有感受，呵呵）

不要忘记为数组和动态内存赋初值。防止将未被初始化的内存作为右值使用。

12. 拷贝构造函数

拷贝构造函数是一种特殊的构造函数，它在创建对象时，是使用同一类中之前创建的对象来初始化新创建的对象。拷贝构造函数通常用于：

通过使用另一个同类型的对象来初始化新创建的对象。

复制对象把它作为参数传递给函数。

复制对象，并从函数返回这个对象。

13. 为什么析构函数定义为虚函数，构造函数不能定义为虚函数

构造函数执行顺序：

基类－－－>派生类；

析构函数执行顺序：

派生类－－－>基类；

1、为什么构造函数不可以是虚函数

①从存储空间角度

虚函数对应一个vtable，这大家都知道，可是这个vtable其实是存储在对象的内存空间的。问题出来了，如果构造函数是虚的，就需要通过 vtable来调用，可是对象还没有实例化，也就是内存空间还没有，无法找到vtable，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对应的调用。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。

2、为什么析构函数可以是虚函数

编译器总是根据类型来调用类成员函数。但是一个派生类的指针可以安全地转化为一个基类的指针。这样删除一个基类的指针的时候，C++不管这个指针指向一个基类对象还是一个派生类的对象，调用的都是基类的析构函数而不是派生类的。如果你依赖于派生类的析构函数的代码来释放资源，而没有重载析构函数，那么会有资源泄漏。
      所以建议的方式是将析构函数声明为虚函数。如果你使用MFC，并且以CObject或其派生类为基类，那么MFC已经为你做了这件事情；CObject的析构函数是虚函数。一个函数一旦声明为虚函数，那么不管你是否加上virtual 修饰符，它在所有派生类中都成为虚函数。但是由于理解明确起见，建议的方式还是加上virtual 修饰符。
      C++不把虚析构函数直接作为默认值的原因是虚函数表的开销以及和C语言的类型的兼容性。有虚函数的对象总是在开始的位置包含一个隐含的虚函数表指针成员。如果是对于MFC类CPoint和CSize这样的小型类，增加一个指针就增加了很多内存占用，而且使得其内存表示和基类POINT和SIZE不一致。

14. 多重继承构造的顺序是什么样的？

调用顺序是：虚基类——直接基类——子对象——派生类；

15. STL源码剖析

STL提供六大组件，彼此可以组合套用：

  • 容器（Containers）：各种数据结构，如：vector、list、deque、set、map。用来存放数据。从实现的角度来看，STL容器是一种class template。
  • 算法（algorithms）：各种常用算法，如：sort、search、copy、erase。从实现的角度来看，STL算法是一种 function template。
  • 迭代器（iterators）：容器与算法之间的胶合剂，是所谓的“泛型指针”。共有五种类型，以及其他衍生变化。从实现的角度来看，迭代器是一种将 operator*、operator->、operator++、operator- - 等指针相关操作进行重载的class template。所有STL容器都有自己专属的迭代器，只有容器本身才知道如何遍历自己的元素。原生指针(native pointer)也是一种迭代器。
  • 仿函数（functors）：行为类似函数，可作为算法的某种策略（policy）。从实现的角度来看，仿函数是一种重载了operator()的class或class template。一般的函数指针也可视为狭义的仿函数。
  • 配接器（adapters）：一种用来修饰容器、仿函数、迭代器接口的东西。例如：STL提供的queue 和 stack，虽然看似容器，但其实只能算是一种容器配接器，因为它们的底部完全借助deque，所有操作都由底层的deque供应。改变 functors接口者，称为function adapter；改变 container 接口者，称为container adapter；改变iterator接口者，称为iterator adapter。
  • 配置器（allocators）：负责空间配置与管理。从实现的角度来看，配置器是一个实现了动态空间配置、空间管理、空间释放的class template。

交互关系：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-APjZmeIM-1570802090498)(https://images2015.cnblogs.com/blog/772134/201607/772134-20160714223356357-665617542.png “https://images2015.cnblogs.com/blog/772134/201607/772134-20160714223356357-665617542.png”)]

一些可能令人困惑的C++语法糖：

静态常量整数成员(double就不行)在class内部直接初始化
静态成员只能在类外初始化，且初始化时不加static
基类够构造函数中调用virtual函数实际调用的是基类中的virtual函数(这点和Java不同)
任何一个STL算法，都需要获得有一对迭代器(泛型指针)所指示的区间用以表示操作的范围。这一对迭代器表示的就是前闭后开区间。

STL剖析

16. 线程池实现以及为什么使用多线程

1.为什么要使用线程池

在java中，如果每个请求到达就创建一个新线程，开销是相当大的。在实际使用中，服务器在创建和销毁线程上花费的时间和消耗的系统资源都相当大，甚至可能要比在处理实际的用户请求的时间和资源要多的多。除了创建和销毁线程的开销之外，活动的线程也需要消耗系统资源。如果在一个jvm里创建太多的线程，可能会使系统由于过度消耗内存或“切换过度”而导致系统资源不足。为了防止资源不足，服务器应用程序需要采取一些办法来限制任何给定时刻处理的请求数目，尽可能减少创建和销毁线程的次数，特别是一些资源耗费比较大的线程的创建和销毁，尽量利
用已有对象来进行服务，这就是“池化资源”技术产生的原因。

线程池主要用来解决线程生命周期开销问题和资源不足问题。通过对多个任务重复使用线程，线程创建的开销就被分摊到了多个任务上了，而且由于在请求到达时线程已经存在，所以消除了线程创建所带来的延迟。这样，就可以立即为请求服务，使用应用程序响应更快。另外，通过适当的调整线程中的线程数目可以防止出现资源不足的情况。
2.线程池的组成部分

一个比较简单的线程池至少应包含线程池管理器、工作线程、任务列队、任务接口等部分。其中线程池管理器的作用是创建、销毁并管理线程池，将工作线程放入线程池中；工作线程是一个可以循环执行任务的线程，在没有任务是进行等待；任务列队的作用是提供一种缓冲机制，将没有处理的任务放在任务列队中；任务接口是每个任务必须实现的接口，主要用来规定任务的入口、任务执行完后的收尾工作、任务的执行状态等，工作线程通过该接口调度任务的执行。

线程池管理器至少有下列功能：创建线程池，销毁线程池，添加新任务。

工作线程是一个可以循环执行任务的线程，在没有任务时将等待。

任务接口是为所有任务提供统一的接口，以便工作线程处理。任务接口主要规定了任务的入口，任务执行完后的收尾工作，任务的执行状态等。

3.线程池适合应用的场合

当一个服务器接受到大量短小线程的请求时，使用线程池技术是非常合适的，它可以大大减少线程的创建和销毁次数，提高服务器的工作效率。但是线程要求的运动时间比较长，即线程的运行时间比…….

17. 线程同步机制

线程同步的原因：解决数据访问冲突问题。

（一）、线程同步的粗浅认识：线程同步主要是为了完成线程间数据共享和同步，保持数据的完整性。(比如在多线程中，一些敏感的数据部允许被多个线程同时访问，此时就使用同步访问技术，保证数据在任何时刻，最多有一个线程访问，以保证数据的完整性。PS: 在进行多线程编程，最头疼的就是那些共享的数据。因为你无法知道哪个线程会在哪个时候对它进行操作，你也无法得知那个线程会先运行，哪个线程会后运行，通过以下这些技术可以合理安排线程之间对资源的竞争：)

（二、）解决线程同步的主要技术：

1、使用互斥量

2、使用信号量

3、使用条件变量

线程同步机制详解

18. TCP三次握手的半关闭

TCP的半关连接是指：TCP连接只有一方发送了FIN，另一方没有发出FIN包，仍然可以在一个方向上正常发送数据。这种场景并不常见，一般来说Berkeley sockets API调用shutdown()接口时候就会进入半关闭状态（调用常规的close()一般是期待完整的双向关闭这个TCP连接），shutdown()接口相当指示程序，本端已经没有数据待发送，所以我发送一个FIN到对端，但是我仍然想要从对端接收数据，直到对端发送一个FIN指示关闭连接为止。如下图所示，在红色背景文本框标注的数据传输场景下就是TCP的半关连接。

19. 常见编程

  1. 翻转字符串；
  2. 翻转链表；
  3. 快速排序；
  4. 合并数组；
  5. 二分查找；
  6. 字符串去空格；
  7. 求整求余；
  8. 动态规划。

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