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C++、Qt基础面试题

C++

unordered_map桶增长策略

swap的实现

C++中的swap函数使用move移动语义实现交换，节省了临时拷贝的开销

template<class T> inline
void swap(T& a, T& b)
{
	T temp = move(a);
	a = move(b);
	b = move(temp);
}

如何归还vector容器中的内存给系统

如果有一个vector a;的对象，一直往其中push_back元素，达到1G之多，现在有没有一个方法可以把a这个vector容器中的元素所占用的内存交还给操作系统。

在 C++ 中，对象的 swap 操作通常会交换它们的内部状态，包括指向堆内存的指针、资源句柄等等。在 std::vector 的情况下，调用 swap 函数会将两个 std::vector 对象的元素以及其内存空间进行交换，而不是进行拷贝或移动操作。因此，如果将一个非空的 std::vector 和一个空的 std::vector 进行 swap 操作，就可以让原先非空的 std::vector 占用的内存空间被空的 std::vector 所接管，从而实现内存的释放。具体来说，swap 函数会将两个 std::vector 对象内部的指针进行交换，而不会进行内存的分配和释放操作。

需要注意的是，如果一个 std::vector 对象中的元素是指针或引用等类型，而这些指针或引用指向的对象仍然存在于程序中，那么在 swap 操作之后，虽然 std::vector 对象所占用的内存已经被释放，但是指针或引用指向的对象仍然会存在于程序中。因此，在进行 swap 操作之前，需要确保 std::vector 对象中的元素不再被程序所使用。

template <typename T>
void swap(std::vector<T>& a, std::vector<T>& b)
{
    // 交换 vector 的元素
    a.swap(b);

    // 交换 vector 内部的大小、容量等信息
    std::swap(a._M_impl, b._M_impl);
}

定义一个空的vector，占多大的内存

定义一个空的 vector 不占用任何元素的内存空间，但是在内存中仍然需要为 vector 对象本身分配一些空间来存储其内部的元素指针、元素数量、容量等信息。

具体来说，一个空的 vector 对象在内存中通常需要占用以下空间：

在 32 位系统上，vector 对象通常需要占用 12 字节的空间；
在 64 位系统上，vector 对象通常需要占用 24 字节的空间。
需要注意的是，这只是一个大致的估计，不同的实现可能会有所不同。另外，vector 对象的大小还会受到内存对齐等因素的影响，因此具体的空间占用大小可能会有所差异。

多线程

使用多线程及其同步的方法，写出一个多线程打印0,1，0,1序列的功能。或者写出一个生产者消费者的功能。
条件变量的wait为何有第二个参数？

多线程的通信

• 共享全局变量
• 消息队列（也是一个全局共享的队列）
• 创建线程时，传参

多线程的同步

控制多线程的顺序执行

生产者、消费者
关键：

• 一个互斥量，用于保护生产者和消费者共用的队列
• 一个条件变量，用于及时通知
  while { cv.wati() }，防止虚假唤醒。

#include <iostream>
#include <thread>//多线程的头文件
#include <mutex>//互斥锁的头文件
#include <condition_variable>//条件变量的头文件
#include <queue>//C++ STL所有的容器都不是线程安全
using namespace std;

std::mutex mtx;//定义互斥锁，做线程间的互斥操作
std::condition_variable cv;//定义条件变量，做线程间的同步通信操作

//生产者生产一个物品，通知消费者消费一个；消费完了，消费者再通知生产者继续生产物品
class Queue
{
public:
    void put(int val)//生产物品
    {
        unique_lock<std::mutex> lck(mtx);
        while (!que.empty())
        {
            //que不为空，生产者应该通知消费者去消费，消费者消费完了，生产者再继续生产
            //生产者线程进入#1等待状态，并且#2把mtx互斥锁释放掉
            cv.wait(lck);//传入一个互斥锁，当前线程挂起，处于等待状态，并且释放当前锁 lck.lock()  lck.unlock
        }
        que.push(val);
        cout<<"produce "<<val<<endl;
        /*
        notify_one:通知唤醒另外的一个线程
        notify_all:通知唤醒其它所有线程
        通知其它所有的线程，我生产了一个物品，你们赶紧消费吧
        其它线程得到该通知，就会从等待状态 =》 到就绪状态 =》 但是要获取互斥锁才能继续向下执行
        */
        cv.notify_all();
    }

    int get()//消费物品
    {
//        lock_guard<std::mutex> guard(mtx);
        unique_lock<std::mutex> lck(mtx);
        while (que.empty())
        {
            //消费者线程发现que是空的，通知生产者线程先生产物品
            //#1 挂起，进入等待状态 #2 把互斥锁mutex释放
            cv.wait(lck);
        }//如果其他线程执行notify了,当前线程就会从等待状态 =》到就绪状态 =》但是要获取互斥锁才能继续向下执行

        int val = que.front();
        cout<<"consume: "<<val<<endl;
        que.pop();

        cv.notify_all();//通知其它线程我消费完了，赶紧生产吧
        return val;
    }
private:
    queue<int> que;
};

//这里模拟生产者生产10个物品，消费者消费10个物品
void producer(Queue* que)//生产者线程
{
    for (int i = 1; i <= 10; ++i)
    {
        que->put(i);
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));//睡眠100毫秒
    }
}

void consumer(Queue* que)//消费者线程
{
    for (int i = 1; i <= 10; ++i)
    {
        que->get();
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));//睡眠100毫秒
    }
}

int main()
{
    Queue que;	//两个线程共享的队列
    std::thread t1(producer, &que);//开启生产者线程
    std::thread t2(consumer, &que);//开启消费者线程
    //主线程等待两个子线程都执行完再结束。
    t1.join();
    t2.join();
    return 0;
}

什么是野指针、悬空指针

拷贝构造、移动构造、赋值运算符、移动赋值运算符

• 拷贝构造、赋值运算符：注意深拷贝资源的指针。
  通常在类中自定义移动构造函数的同时，会再为其自定义一个适当的拷贝构造函数，由此当用户利用右值初始化类对象时，会调用移动构造函数；使用左值（非右值）初始化类对象时，会调用拷贝构造函数。

构造函数内调用虚函数

class A
{
public:
    A() {
        cout<<"A sturct"<<endl;
        fun();
    }
    virtual void fun() {
        cout<<"A fun"<<endl;
    }
};

class B : public A
{
public:
    B() {
        cout<<"B sturct"<<endl;
        fun();
    }
    virtual void fun() {
        cout<<"B fun"<<endl;
    }
};

    A a;	// A sturct  A fun
    B b; // A sturct  A fun B sturct B fun
    A* a1 = new B(); // A sturct  A fun B sturct B fun

返回值

Test拥有默认构造函数、析构函数、拷贝构造、移动构造、移动赋值、拷贝赋值运算符。看fun函数对Test这些函数的调用时机。

Test fun() {
	Test t;
	return t;
}

有移动构造和没有移动构造，这里的不一样：

• 没有移动构造：Test默认构造 -》用t去构造一个临时变量，Test的拷贝构造 -》t变量析构，析构函数 -》返回临时变量
• 有移动构造：Test默认构造 -》用t去构造一个临时变量，Test的移动构造 -》t变量析构，析构函数 -》返回临时变量

class Demo {
public:
    Demo() : num(new int(0)) {
        cout << "construct!" << endl;
    }

    Demo(const Demo &d) : num(new int(*d.num)) {
        cout << "copy construct!" << endl;
    }

    Demo(Demo &&d) : num(d.num) {
        d.num = nullptr;
        cout << "move construct!" << endl;
    }

    ~Demo() {
        cout << "class destruct!" << endl;
    }

private:
    int *num;
};

Demo getDemo() {
    Demo a;
    return a;
}

int main()
{
    auto b = getDemo();
    return 0;
}

i++/++i

    int i = 1;
    int a = i++;
    i = 1;
    int b = ++i;

    i = 1;
    int c = ++i + ++i;

a = 1 b = 2 c = 6

操作符重载

面试题：实现一个++i,i++的重载。
参考：C++操作符重载

emplace

• 解释vector.push_back("xyzzy");的过程
  1、"xyzzy"调用string构造函数，得到一个临时右值变量temp
  2、调用push_back的右值重载函数，把temp实参传入给其形参x，然后内部调用vector的移动构造函数，得到一个副本，插入到vector容器中。
  3、temp临时变量析构
  而采用emplace_back则没有第一步，只有第二步，那么当然的第三步也没有。
  参考：https://cntransgroup.github.io/EffectiveModernCppChinese/8.Tweaks/item42.html

右值引用

• std::move的实现

template<typename T>                            //在std命名空间
typename remove_reference<T>::type&&
move(T&& param)
{
    using ReturnType =                          //别名声明，见条款9
        typename remove_reference<T>::type&&;

    return static_cast<ReturnType>(param);
}

• 解释下面的代码value(std::move(text)) 是否调用了string的移动构造函数？

class Annotation {
public:
    explicit Annotation(const std::string text)
    ：value(std::move(text)) 
    { … }                       
    …
private:
    std::string value;
};

参考：https://cntransgroup.github.io/EffectiveModernCppChinese/5.RRefMovSemPerfForw/item23.html
记住：
第一，不要在你希望能移动对象的时候，声明他们为const。对const对象的移动请求会悄无声息的被转化为拷贝操作。第二点，std::move不仅不移动任何东西，而且它也不保证它执行转换的对象可以被移动。

• std::forward是怎么知道它的实参是否是被一个右值初始化的？
  std::forward只对实参是右值时才做转换，把形参转为右值（所有的函数参数，都是左值，当实参是左值时，没必要转换）。

智能指针

• shared_ptr是否线程安全？
  多线程操作同一个shared_ptr对象时，不是线程安全的。多线程操作多个shared_ptr对象（指向一块内存地址），是线程安全的，不需要去管。踏马的，这个不是正常吗，都不是一个对象了，多线程当然是安全的。
  另一个层面就是：shared_ptr对象所管理的那块内存是不是线程安全的。答，不是。多个shared_ptr对象，在多线程中，共同所指的那块内存地址的操作是不安全的。但也不一定都无脑的加锁去判断。有一种解决方式就是，用一个原子变量代表是否要对这块内存做处理，而在回到顺序处理的流程中，通过判断这个原子变量是否是true，来做最终的处理。
  另一个层面就是：shared_ptr初始化时的线程安全性。make_shared是线程安全的。

processWidget(std::shared_ptr<Widget>(new Widget),  //潜在的资源泄漏！
              computePriority());
// 解决方法1
processWidget(std::make_shared<Widget>(),   //没有潜在的资源泄漏
              computePriority());
// 解决方法2
std::shared_ptr<Widget> spw(new Widget);
processWidget(spw, computePriority());  // 正确，但是没优化，因为这里spw是一个左值，方法1中是一个右值参数
// 解决方法3
processWidget(std::move(spw), computePriority());   //高效且异常安全

因为std::shared_ptr<Widget>(new Widget),是两个步骤：1、new Widget 2、shared_ptr的构造函数，而std::make_shared<Widget>()是一步操作。参考：条款二十一：优先考虑使用std::make_unique和std::make_shared，而非直接使用new
参考：https://blog.csdn.net/bureau123/article/details/121300979
https://zhuanlan.zhihu.com/p/416289479

• make_shared

// 两次分配内存，一次new Widget，一次shared_ptr构造函数中包含引用计数的控制块
std::shared_ptr<Widget> spw(new Widget);
// 一次分配，分配的内存同时容纳了Widget对象和控制块
auto spw = std::make_shared<Widget>();

• make函数的缺点
  make函数都不允许指定自定义删除器。
  和直接使用new相比，make函数消除了代码重复，提高了异常安全性。对于std::make_shared和std::allocate_shared，生成的代码更小更快。
  不适合使用make函数的情况包括需要指定自定义删除器和希望用花括号初始化。
  对于std::shared_ptrs，其他不建议使用make函数的情况包括(1)有自定义内存管理的类；(2)特别关注内存的系统，非常大的对象，以及std::weak_ptrs比对应的std::shared_ptrs活得更久。

Lambda表达式

Lambda实现原理：参考https://www.zhihu.com/question/57241113/answer/2440288161
Lambda捕获原理，在定义时捕获还是运行时捕获？ 运行时，如果是定义时，那么某个捕获的变量如果变化了，那这个变化的值就得不到了。
下面这段代码有什么问题：

    int i = 10;
    auto f = [=]() {
        i = 9;
    };

Lambda使用问题

• 引用捕获外部的局部变量，此时可能在执行Lambda表达式时，该捕获的局部变量早已脱离作用域而析构了，导致悬空引用。此时需要改用值捕获来解决。
• 值捕获一个指针变量。需要注意这个指针变量所指的内存是否已经被外面释放了。此时最好值捕获一个shared_ptr，或者使用深拷贝（即重写赋值运算符，里进行深拷贝）。
• 捕获this问题。如果使用默认捕获，或者值捕获类对象的成员变量，都会存在潜在的问题。即类对象可能会析构了，而lambda表达式中的对成员变量的使用还在继续，这会导致崩溃。
  解决办法：1、捕获一个对这个成员变量的临时赋值的变量，而不是这个成员变量本身。2、使用C++14的广义Lambda 3、C++17增加了新特性可以捕获*this，不持有this指针，而是持有对象的拷贝，这样生命周期就与对象的生命周期不相关，使用上就安全一些。
  参考：Effective Modern C++ 条款31
  参考：c++的lambda使用注意事项,可能导致的崩溃问题分析

智能指针的实现

// 定义一个引用计数类，封装接口
class SharedCount
{
public:
    SharedCount() : m_count(1) {}

    void Add() { m_count++; }
    auto Reduce() { return --m_count; }
    auto GetCount() { return m_count; }

private:
    unsigned long m_count;
};


template <typename T>
class SharedPtr
{
public:
    // 默认构造
    SharedPtr() : m_ptr(nullptr), m_count(nullptr) {}
    // 普通指针初始化
    SharedPtr(T* t = nullptr) : m_ptr(t) {
        if (t != nullptr) {
            m_count = new SharedCount;
        }
    }
    ~SharedPtr() {
        if (m_ptr && m_count->Reduce() == 0) {
            delete m_ptr;
            m_ptr = nullptr;
            delete m_count;
            m_count = nullptr;
        }
    }

    // 拷贝构造
    SharedPtr(const SharedPtr<T> &other) :
        m_count(other.m_count), m_ptr(other.m_ptr) {
        if (other.m_count) {
            other.m_count->Add();
        }
    }

    // 移动构造
    SharedPtr(SharedPtr<T> &&other)
//        : m_count(std::move(other.m_count)),
//        m_ptr(std::move(other.m_ptr))
    {
        this->m_count = other.m_count;
        this->m_ptr = other.m_ptr;
        other.m_ptr = nullptr;
    }

    // 赋值运算
    SharedPtr<T>& operator= (const SharedPtr<T>& other) {
        if (m_ptr == other.m_ptr) {
            return *this;
        }
        // 目的对象不空
        if (m_ptr != nullptr) {
            if (m_count->Reduce() == 0) {
                delete m_ptr;
            }
        }
        // 赋值
        this->m_ptr = other.m_ptr;
        other.m_count->Add();
        this->m_count = other.m_count;
        return *this;
    }

    // 移动赋值运算符
    SharedPtr<T>& operator=(const SharedPtr<T> &&other) {
        if (m_ptr == other.m_ptr) {
            return *this;
        }

        if (m_ptr != nullptr) {
            if (m_count->Reduce() == 0) {
                delete m_ptr;
            }
        }

        m_ptr = other.m_ptr;
        m_count = other.m_count;
        other.m_ptr = nullptr;
        return *this;
    }

    // 解引用
    T* operator-> () {
        return m_ptr;
    }

    T& operator* () {
        return *m_ptr;
    }

    SharedPtr<T>& swap(SharedPtr<T> &other) {

    }

    auto Get() { return m_ptr; }
    auto GetCount() { return m_count ? m_count->GetCount() : 0; }
private:
    T* m_ptr = nullptr;
    SharedCount* m_count = nullptr;
};

编译和内存知识

这部分需要完整看完【程序员的自我修养】

QT

使用qml有哪些问题

• 避免定时轮询，采用信号槽机制通知。
• 避免频繁的属性访问，如果必要，可以先用一个变量存储这个属性，再去频繁范围这个变量即可。尽量用临时变量替代对属性的访问。
• 属性绑定时，避免复杂的计算。简单的计算，QML可以直接得出结果，效率比较快。
• 尽量少用属性绑定（因为被绑定的值一旦变化，属性表达式将重新计算）。用锚布局。
• 属性设置为异步加载，asynchronous异步属性设置为true，在组件实例化时可以提高流畅性。
• 避免var的声明，声明为具体的类型，局部变量声明未let
  https://www.jianshu.com/p/e6fcb575f916

Linux

fork进程

fork会拷贝当前进程的内存，并创建一个新的进程。如上图，fork函数会将整个进程的内存镜像拷贝到新的内存地址，包括代码段、数据段、堆栈以及寄存器内容。之后，我们就有了两个拥有完全一样内存的进程。
fork系统调用在两个进程中都会返回，在父进程中，fork系统调用会返回子进程的pid。而在新创建的进程中，fork系统调用会返回0。所以即使两个进程的内存是完全一样的，我们还是可以通过fork的返回值区分旧进程和新进程。
某种程度上来说这里的拷贝操作浪费了，因为所有拷贝的内存都被丢弃并被exec替换。在大型程序中这里的影响会比较明显。实际上操作系统会对其进行优化。(比如使用COW(copy on write)技术)
fork创建的新进程从fork语句后开始执行，因为新进程也继承了父进程的PC程序计数器。
参考：fork函数详解(附代码)

Windows

Windows如何定位卡死问题？
如何定位崩溃问题？
Windows下如何监听其他应用的一些系统调用？（安全客户端）

Windows内存泄漏定位

1、crt提供的接口：_CrtDumpMemoryLeaks
2、在两段代码直接建立内存快照（_CrtMemCheckpoint），然后比较一前一后两个内存快照的信息（_CrtMemDifference）
3、使用WinDbg，通过heap命令查看代码前后的堆的信息，通过WinDbg的输出信息，查看那个堆地址的内存增长过多。然后通过!heap -p -a 000001e134546ce0，来输出一下它的调用堆栈

WINDBG定位内存泄漏

查看Dump文件，帮助我们定位问题。这个过程主要分为以下几步：

准备工具：需要安装一个Windows调试工具，比如WinDbg。

加载Dump文件：使用WinDbg打开Dump文件，在命令行输入“.loadby sos clr”，以加载托管代码的调试信息。

分析堆栈：使用命令“!clrstack”，以获取当前线程的堆栈，进而找出内存泄漏的代码。

检查对象：使用命令“!dumpheap -type [类型名称]”，检查该类型的对象，以找出是否有对象未被正确回收。

检查引用：使用命令“!gcroot [对象地址]”，检查该对象是否被其他对象引用，如果被引用，则需要递归检查引用链。

通过以上步骤，我们可以找到内存泄漏的原因，并通过修改代码来解决问题。

win32窗口从点击到相应的过程

参考：https://leetcode.cn/circle/discuss/g4YxE2/

Windows抓dump的原理

Windows 的 dump 抓取是一个捕捉程序异常信息的过程。当程序发生异常时，Windows 会将程序的当前状态保存到一个文件中，这个文件就是 dump 文件。

Windows 在抓取 dump 文件的过程中，会捕捉到程序的内存状态、系统状态、线程状态等信息。用户可以使用调试工具（例如 WinDBG）来分析 dump 文件，从而找出程序异常的原因。

Windows 抓取 dump 文件的方法有多种，如程序崩溃时系统会自动生成一个 mini dump，用户也可以通过命令行工具（例如 Procdump）手动生成一个 full dump。

总体来说，Windows 抓取 dump 的原理是通过捕捉程序的运行状态，来帮助用户分析程序的异常情况。

dump生产的原因有哪些

Windows dump 文件可以由多种原因生成。一些常见的原因包括：

程序崩溃：当程序发生异常时，Windows 会自动生成一个 mini dump。

内存泄漏：当程序在运行时不断分配内存，但没有释放内存，导致内存泄漏。用户可以通过 dump 文件找出内存泄漏的原因。

假死：当程序没有响应时，用户可以生成一个 dump 文件，以便分析程序的假死原因。

手动生成：用户可以通过命令行工具（例如 Procdump）手动生成一个 dump 文件，以便分析程序的异常情况。

这些只是一些常见的原因，实际原因还有很多。使用 dump 文件分析程序的异常情况是一项非常有用的工具，可以帮助用户更快地定位和解决程序的问题。

dll的入口函数

参考：https://blog.csdn.net/qq_33757398/article/details/82230360

设计模式

观察者-监听者模式

观察者：接口类提供一个接口handle，每个具体的观察者实现这个接口，并拥有自己独特的处理方法。
监听者：提供一个注册接口，接收观察者实例，并记录到内部的数据结构中。
另外提供一个处理的接口，从外部接收不同类型的数据，从内部匹配具体的观察者，然后调用对应的观察者的handle接口完成。

两个观察者，实现handle接口：

class Observer {
public:
	virtual void handle(int msg_id) = 0;
};

class Observer1 : public Observer {
public:
	void handle(int msg_id) {
		switch (msg_id) {
		case 1:
			cout << "Observer1 recv msg 1" << endl;
			break;
		case 2:
			cout << "Observer1 recv msg 2" << endl;
			break;
		default:
			break;
		}
	}
};

class Observer2 : public Observer {
public:
	void handle(int msg_id) {
		switch (msg_id) {
		case 2:
			cout << "Observer2 recv msg 2" << endl;
			break;
		default:
			break;
		}
	}
};

监听者：

class Subject {
public:
	void add_observer(int msg_id, Observer* observer) {
		_sub_map[msg_id].push_back(observer);
	}

	// 发布消息，通知对msg_id感兴趣的观察者处理该事件
	void publish(int msg_id) {
		auto iter = _sub_map.find(msg_id);
		if (iter != _sub_map.end()) {
			for (Observer* obser : iter->second) {
				obser->handle(msg_id);
			}
		}
	}
private:
	// 存放对事件感兴趣的观察者们
	unordered_map<int, list<Observer*>> _sub_map;
};

共享内存

共享内存上创建C++对象的问题

参考：https://blog.csdn.net/dickyjyang/article/details/21403451
https://www.cnblogs.com/yangru/p/3805192.html