c++与c语言相关面试题

解释下C与C++的区别？

C++是C语言的继承与发展，兼容C的语法，但引入了面向对象编程（OOP）范式。
从面向过程到面向对象的核心转变，使得C++在代码复用性、安全性和工程化能力上显著提升。具体如下：

一、面向对象特性

1. 封装性：

C语言（无封装）：

• 结构体（struct）仅作为数据容器，成员完全公开。
• 数据操作依赖外部函数，易导致数据被误修改。
  C++（强封装）：
• 通过class或struct将数据与操作封装为对象。
• 访问控制：private隐藏内部细节，public暴露接口。
• 构造函数/析构函数：确保对象初始化和资源释放。

  2. 继承性：代码复用与层次化设计

C语言（无原生继承）：通过结构体嵌套模拟继承，但无语法支持。
C++（语法级继承）：

• 公有/私有继承：明确派生类与基类的关系。

• 复用基类代码：减少冗余，提升可维护性。

  3. 多态性：动态绑定与接口抽象

C语言（手动模拟多态）：通过函数指针实现多态，代码复杂且易出错。
C++（原生多态支持）：

• 虚函数（virtual）：通过虚函数表（vtable）实现动态绑定。
• 纯虚函数：定义接口规范（类似Java的interface）。

二、内存管理范式

new/delete vs malloc/free

• 对象生命周期管理：
  • new：分配内存 + 调用构造函数（对象初始化）。
  • delete：释放内存 + 调用析构函数（资源清理）。
• RAII机制：通过对象作用域自动管理资源（如文件句柄、锁）。
  而malloc 和 free 管理的是动态分配的内存，而与对象的作用域无关。当你使用 malloc 分配内存时，这块内存将在堆（heap）中分配，这意味着它的生命周期独立于任何特定作用域。

三、编译与链接机制

函数名修饰（Name Mangling）
- C：函数名保持不变（如func → func），不支持重载。
- C++：函数名 + 参数类型编码到符号表（如func(int) → _Z4funci），支持重载。
- 影响：C++需用extern "C"禁用修饰以兼容C库。

四、变量初始化规则

静态变量初始化时机
- C：全局/静态变量在程序启动前初始化（编译期完成，仅支持基本类型）。
- C++：
- 局部静态变量：首次使用时初始化（线程安全，C++11起）。
- 支持复杂对象的构造（如调用类的构造函数）。

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说说C++的struct与class以及C的struct区别

1. 默认访问：struct成员和继承默认public，class默认private。
2. 模板参数：模板中只能用class或typename，不能用struct。

template <class T> // 合法
class Container {};
template <struct T> // 非法！
class AnotherContainer {}; 

3. C的struct：仅数据集合，无函数、访问控制或继承。
   此外，C++11允许成员变量默认初始化,
   而C不可在声明时初始化成员，需在实例化时或之后赋值。
   C声明变量需带struct关键字，或对结构体使用typedef取别名，C++可省略

	struct Point { int x, y; };
	struct Point p = {1, 2}; 
	struct Point p1;          // 合法
	typedef struct Point Point; 
	Point p2;                // 合法（需typedef）

	struct Point {
	    int x = 0; // C++11允许
	    int y = 0;
	};
	Point p; // 合法

总结对比表

特性	C的struct	C++的struct	C++的class
成员函数	不支持	支持	支持
访问控制	默认公有	默认公有	默认私有
继承默认权限	无继承	默认public继承	默认private继承
模板参数	不适用	不可用	可用（与typename等价）
成员默认初始化	不支持（C11前）	支持（C++11起）	支持（C++11起）
变量声明方式	需struct关键字或typedef	直接使用类型名	直接使用类型名

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说说new和malloc的区别，各自底层实现原理

特性	new	malloc
语言	C++操作符	C标准库函数
重载	支持重载（operator new）	不可重载
内存分配	自动计算所需内存大小	需手动指定字节数
类型安全	返回类型安全指针（无需强转）	返回void*（需强转）
错误处理	默认抛出std::bad_alloc异常	返回NULL
构造/析构	调用构造函数和析构函数	仅分配/释放内存
内存来源	自由存储区（可能位于堆或静态存储区）	堆（Heap）

1. 功能：new是C++操作符，分配内存并调用构造函数；
   malloc是C库函数，仅分配内存。new可以被重载，malloc不行。
2. 类型安全：new返回类型指针，malloc返回void*需强转。
3. 错误处理：new默认抛异常，malloc返回NULL。
4. 底层实现上：malloc通过brk/mmap管理堆内存，使用隐式链表减少碎片；
   new通常调用malloc分配内存，再调用构造函数初始化对象。
   malloc的实现
   • 内存分配策略：
     • 小块内存（<128KB）：通过brk()系统调用调整堆顶指针（break），扩大堆空间。
     • 大块内存（≥128KB）：通过mmap()直接在内存映射区分配匿名内存页。
   • 内存池管理：
     • 隐式空闲链表：通过内存块头部信息（如块大小、是否空闲）串联所有内存块。
     • 分割与合并：分配时分割空闲块，释放时合并相邻空闲块以减少碎片。
   • 性能优化：
     • 缓存机制：维护多个内存池（如fastbins）加速小块内存分配。
       new的实现
       内存分配：
   • 调用operator new：底层通常调用malloc，但可重载以实现自定义分配策略。

   void* operator new(size_t size) { 
       return malloc(size); // 默认实现
   }
   

   对象构造：
   • 分配内存后，编译器插入代码调用构造函数。

   MyClass* obj = new MyClass();
   // 等价于：
   void* mem = operator new(sizeof(MyClass)); // 分配内存
   MyClass* obj = static_cast<MyClass*>(mem);
   obj->MyClass();                            // 调用构造函数
   

   异常处理：
   • 默认抛出std::bad_alloc异常，但可通过new (nothrow)禁用异常。

   MyClass* obj = new (nothrow) MyClass(); // 失败返回nullptr
   

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简述C/C++从源码到执行文件的整体流程

从源码到执行文件的整体流程上，C 和 C++ 的编译过程基本一致，都遵循 预处理 → 编译 → 汇编 → 链接 四个核心阶段，但在具体细节实现上存在差异。

1. 预处理（Preprocessing）

• 共同点：
  • 处理 #include、#define、#ifdef 等预编译指令。
  • 删除注释，展开宏，生成 预处理后的代码（.i 或 .ii 文件）。
• 差异：
  C++ 预处理阶段可能处理更复杂的模板和命名空间等语法结构。

2. 编译（Compilation）

• C/C++ 共同点：
  • 将预处理后的代码转换为 汇编代码（.s 文件）。
  • 检查语法、类型、语义错误。
• 差异：
  • C++ 编译器（如 g++）默认启用名称修饰（Name Mangling），而 C 编译器（如 gcc）不会。

3. 汇编（Assembly）

• 完全一致：
  • 将汇编代码转换为机器码，生成 目标文件（.o 或 .obj 文件）。

4. 链接（Linking）

• 共同点：
  • 合并多个目标文件和库，解析符号引用，生成最终 可执行文件（如 .exe 或 .out）。
• 差异：
  • C++ 需要链接标准库（如 libstdc++ 或 libc++），而C仅需 libc。
  • C++ 的名称修饰可能导致符号不兼容，混合 C/C++ 代码时需用 extern "C" 声明。