【C++】常规面试题

1、语法类

2. 强制类型转换

   1. static_cast：和C语言类似，（type）expression 注意：不执行类型检查，需要自己确保合法性
   2. dynamic_cast：应用于父子类层次结构的类型转换，要使用有效基类至少需要一个虚函数，运行时执行类型检查，转换失败返回空指针（对于指针类型）或者抛出异常（对于引用类型）
   3. const_cast：使用：const_cast <new_type> (expression)，new_type 必须是一个指针、引用或者指向对象类型成员的指针

2、Socket通信

客户端主动发起请求，客户端---服务端：一般为多对一

通信：指定IP和端口号

关键点：IP、端口、通信数据

通信数据：两端（发送端和接收端）数据存储顺序要一致，否则接收端不能解析得到发送端一致的是数据，即需要字节序

2.1 字节序

单字节没有字节序问题，数据格式大于1个字节需要考虑字节序问题

1：大端（也称为网络字节序）

低高高低，低位字节存储在高地址

网络通信按照大端通信，且符合阅读顺序

2：小端（也称为主机字节序）

低低高高，低位字节存储低地址

3：大端小端转换

#include <arpa/inet.h>
// u:unsigned
// 16: 16位, 32:32位
// h: host, 主机字节序
// n: net, 网络字节序
// s: short
// l: int

// 这套api主要用于 网络通信过程中 IP 和 端口 的 转换
// 将一个短整形从主机字节序 -> 网络字节序
uint16_t htons(uint16_t hostshort);	
// 将一个整形从主机字节序 -> 网络字节序
uint32_t htonl(uint32_t hostlong);	

// 将一个短整形从网络字节序 -> 主机字节序
uint16_t ntohs(uint16_t netshort)
// 将一个整形从网络字节序 -> 主机字节序
uint32_t ntohl(uint32_t netlong);

以大端转小端为例：IPV4和IPV6都适用

step1：由于IP地址一般是使用字符串来表示，需要先将字符串转换成整型数

// 主机字节序的IP地址转换为网络字节序
// 主机字节序的IP地址是字符串, 网络字节序IP地址是整形
int inet_pton(int af, const char *src, void *dst); 

step2：再将大端的整型数转换成小端的IP地址

#include <arpa/inet.h>
// 将大端的整形数, 转换为小端的点分十进制的IP地址        
const char *inet_ntop(int af, const void *src, char *dst, socklen_t size);

2.2 TCP通信

概念：传输层协议，可靠安全的连接，连接需要三次握手，断开需要四次挥手

先启动服务器进程，再启动客户端进程

套接字创建有两种：监听套接字、通信套接字

• 监听套接字：只需要有一个
• 通信套接字：有几个客户端和服务器连接就有几个

1：服务器端通信

①创建套接字，用于监听

int lfd = socket();

②绑定套接字IP端口

bind();

③监听客户端连接，检测有没有客户端（一次最多检测128个连接请求）

只需要调用一次

listen();

④等待并接受客户端请求，返回值为新的fd用于通信

int cfd = accept();

默认阻塞性函数，有客户端发起连接则解除阻塞，一次调用accept只能连接一个客户端

⑤通信，进行读写操作

⑥断开连接

close();

一次close()，进行两次挥手

2：客户端通信

①创建套接字，用于通信

int cfd = socket();

②连接服务器，指定服务器的IP和端口(注：输入参数IP为大端)

connect();

③通信，进行读写操作

④断开连接

close();

3：阻塞问题

上述函数中如 accept()、read()/write()，属于阻塞函数，无法处理多连接，无法实现并发

并发实现：

• 多线程
• 多进程
• 使用IO多路转接（复用）实现
• 使用IO多路转接 + 多线程实现

（1）采取多线程实现

• 主线程用于监听
• 子线程用于通信

父子线程共用同一个地址空间中的文件描述符，因此每当在主线程中建立一个新的连接，都需要将得到文件描述符值保存起来，不能在同一变量上进行覆盖

只要保证存储每个有效文件描述符值的变量对应不同的内存地址，在使用的时候就不会发生数据覆盖的现象，造成通信数据的混乱了

（2）采取多进程实现

僵尸进程：子进程已经结束，但是资源未被回收，仍然占据进程表的位置

2.3 线程池

频繁创建线程和销毁线程需要时间，因此引入线程池

组成：任务队列、工作线程、管理线程

• 任务队列

将要处理的任务加入队列，已经完成的任务从队列中删除

生产者线程：向任务队列中添加任务的线程

• 工作线程

消费者线程：读任务队列，取出任务并处理

任务队列为空，工作的线程被阻塞

• 管理线程

检测任务队列中的任务数量以及处于忙状态的工作线程数

线程池结构体：

// 线程池结构体
struct ThreadPool
{
    // 任务队列
    Task* taskQ;
    int queueCapacity;  // 容量
    int queueSize;      // 当前任务个数
    int queueFront;     // 队头 -> 取数据
    int queueRear;      // 队尾 -> 放数据

    pthread_t managerID;    // 管理者线程ID
    pthread_t *threadIDs;   // 工作的线程ID
    int minNum;             // 最小线程数量
    int maxNum;             // 最大线程数量
    int busyNum;            // 忙的线程的个数
    int liveNum;            // 存活的线程的个数
    int exitNum;            // 要销毁的线程个数
    pthread_mutex_t mutexPool;  // 锁整个的线程池
    pthread_mutex_t mutexBusy;  // 锁busyNum变量
    pthread_cond_t notFull;     // 任务队列是不是满了
    pthread_cond_t notEmpty;    // 任务队列是不是空了

    int shutdown;           // 是不是要销毁线程池, 销毁为1, 不销毁为0
};