每日面试（十九）

最新推荐文章于 2025-05-23 19:02:06 发布

个人回收

最新推荐文章于 2025-05-23 19:02:06 发布

阅读量107

点赞数 1

文章标签：策略模式

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/m0_57747934/article/details/130751263

版权

本文详细探讨了C++中虚拟函数的作用、实现机制，以及线程独享和共享资源的特性。此外，还介绍了智能指针shared_ptr的内部存储结构和空间占用，以及epoll的工作原理。最后，提出了使用信号量实现多线程环境下10个请求统一处理的策略。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

6.申请shared_ptr需要额外占多少空间？

7.一个指针有多大？

8.epoll的工作原理

9.数据库第一范式是什么

10.现在编写一个c++函数，多线程操作这个函数，每次操作相当于来一个请求，这个函数要在10个请求来到后再统一处理，10个请求还未到来时其他请求都要阻塞，如何实现？

1.c++ virtual是什么

在C++中，关键字 virtual用于实现多态性。通过将函数声明为虚函数，实现了运行时多态。多态是指能够实现不同的操作，对不同的数据类型产生相应的处理动作。

当一个虚函数被定义在基类中并且被其派生类重写后，调用该函数时会根据实际对象的类型在运行时确定所调用的函数版本，这就是靠虚函数表来实现的。因此，在C++中使用 virtual 关键字可以实现多态特点，提高程序的可扩展性和可维护性。

下面是关于C++中虚函数的一些基本规则：

通过在函数前添加 virtual 关键字来声明一个虚函数。
如果一个类包含任意一个虚函数，编译器都会为该类生成一个虚函数表（vtable），其中存放着函数指针数组。
当通过指向派生类对象的基类指针或引用调用虚函数时，会在运行时根据对象的实际类型确定需要调用的函数版本，即查找该对象的 vtable 并调用其中指向正确版本函数的指针。
虚函数还可以被纯虚函数所替代，在虚函数声明的括号内加上 =0 来声明纯虚函数。
调用虚函数的开销较大，因为需要对虚函数表进行查找。

使用虚函数的主要目的是实现多态性，允许在不知道变量确切类型情况下调用相应的函数。它也被广泛应用于设计模式（如策略模式和工厂模式）中。需注意，尽管虚函数有助于提高程序的扩展性，但需要考虑开销和结构问题，并避免滥用。

2.虚函数存在哪里

在 C++ 中，每个对象都有一个虚函数表指针。当一个类中至少包含一个虚函数时，创建该类的对象时会为每个对象创建一个虚函数表指针（VTABLE），用来指向存储着改类虚函数地址的虚函数表（VTABLE）。

那么虚函数表和虚函数表指针分别存在于哪里呢？

虚函数表（VTABLE）：虚函数表是一个包含了虚函数地址的指针数组，由编译器在编译时生成并存储在程序的只读数据段。在程序运行时，虚函数表通常位于代码段或者只读数据段的某个固定地址。对于每个类而言，其相应的虚函数表是唯一的，所有相同类类型的实例都指向同样的虚函数表。
虚函数表指针（VPTR）：每个对象都有一个虚函数表指针（VPTR），用于指向该对象所属类的虚函数表，即 VPTR 指向对应的 VTABLE 表头。这个指针通常隐式地内置到对象首部，在自动构造函数时完成初始化。当使用基类指针或引用访问派生类对象的虚函数时，就会通过 VPTR 查找对象所对应类的 VTABLE，并执行对应的虚函数。

总体来说，虚函数表和虚函数表指针是由编译器生成和管理的，而且它们在程序运行时处于固定位置。实例化的对象会存储一个虚函数表指针，根据指针中存储的值来找到对应类的虚函数表，并根据调用虚函数的具体情况来选择执行该表中的哪个函数。

3.线程独占的资源有哪些

在多线程编程中，每个线程都会与其他线程共享一些资源，同时还有一些资源是线程独占的。这里列举一些通常被认为是线程独占的资源：

栈空间：每个线程都有自己的栈空间，用于维护函数调用的上下文信息。由于栈空间是线性的、固定大小的，因此栈空间很容易被独占。当递归或者深度嵌套函数调用过多时，栈空间可能会溢出，导致程序崩溃。
线程私有数据：除了全局变量和静态变量以外，每个线程还可以拥有自己的线程私有数据（Thread-Specific Data，TSD），它们是在线程启动时初始化的，只能被同一线程访问。标准 C++ 提供了 thread_local 关键字来实现线程本地存储（TLS）。
寄存器：寄存器是 CPU 内部的一些内置寄存器，用于存储当前线程正在处理的数据、指令地址等重要信息。由于寄存器数量有限，同时不同线程之间需要切换使用 CPU，因此不同线程之间无法共享寄存器，从而使得寄存器成为线程独占的资源。
文件描述符：文件描述符是一个整数，用于在应用程序和操作系统之间传递文件或者 socket 等资源。文件描述符是进程级别的，不同进程之间无法共享，但对同一进程内的线程而言，则是独占的资源。
锁、条件变量等同步机制：在多线程编程中，锁、条件变量等同步机制是保证并发正确性的关键，每个线程都需要获得这些同步机制才能继续执行。这些同步机制通常需要耗费较高的开销，因此也属于线程独占的资源。
其他一些硬件资源，例如某些外设、CPU 时间片、缓存等等都可能是线程独占的资源。

因此，在设计多线程程序时，需要认真分析以上线程独占资源，并采取合适的策略来避免线程切换带来的性能损失和并发问题。

4.线程享受哪些共同的资源

多线程编程中，线程之间会共享一些资源。这里列举一些常见的共享资源：

全局变量和静态变量：全局变量和静态变量都存储在程序数据段中，并且在整个程序运行期间一直存在，所有线程都可以访问它们。
堆空间：堆空间是动态分配的内存，通过 C++ 的 new 和 delete 或者 malloc 和 free 等函数来进行管理。所有线程都可以访问堆空间，但需要注意线程安全和内存泄漏问题。
代码段：代码段保存了程序的可执行代码，所有线程都可以执行相同的代码。
内核资源：比如系统调用、进程间通信等操作都需要访问内核态，各个线程在内核态之间切换时也可能共享某些内核资源。但是，由于内核资源是由操作系统提供和管理的，因此需要特别注意线程间的并发控制和同步问题。
库函数和系统函数：库函数和系统函数通常也可以被多个线程同时调用，并提供了一些常用的抽象接口，如互斥锁、条件变量、原子操作等，方便线程实现并发控制和同步。

因此，在设计多线程程序时，需要仔细分析哪些资源是共享的，哪些是独占的，并选择合适的同步机制来保证线程间的共享资源访问正确有效。

5.shared_ptr存了什么？

shared_ptr 是 C++11 中智能指针库中的一种指针类型，用于管理动态内存分配的对象。当使用 shared_ptr 时，其内部存储了以下内容：

原始指针：shared_ptr 实际上是一个封装了原始指针的类，其中包含了一个成员变量（通常命名为 px），用于指向被共享的对象。
引用计数器：另外一个成员变量（通常命名为 pn）则是一个引用计数器，用于记录有多少个 shared_ptr 对象共享同一个对象。shared_ptr 类型的对象在复制时会自动增加引用计数，减少对象时则会自动减少引用计数，直到引用计数为零时自动释放所占用的内存。
删除器（deleter）：删除器是一个可选的函数对象，通常被用于自定义 shared_ptr 对象释放资源的方式。如果不提供额外的删除器，则 shared_ptr 会默认使用 delete 关键字来释放所占用的内存。
控制块（control block）：引用计数器和删除器需要保存在称为控制块的内存块中。一个控制块可以同时被多个 shared_ptr 对象所共享，因此这些 shared_ptr 对象都可以访问相同的引用计数器和删除器等信息。控制块位于堆上，由 shared_ptr 类在构造时自动分配和初始化，并且与所指向的对象分离开来，从而支持多个 shared_ptr 对象共享同一个对象。

综上所述，shared_ptr 存储了原始指针、引用计数器、删除器和控制块等一些信息。这些信息的组合体现了 shared_ptr 的智能指针特性，并且提供了方便的内存管理和资源释放机制。

6.申请shared_ptr需要额外占多少空间？

使用 shared_ptr 时除了需要存储原始指针外，还需要额外占用一些空间来保存共享引用计数和删除器函数以及相关的控制块，因此 shared_ptr 对象的大小要比普通指针更大。通常情况下，shared_ptr 对象额外占用的空间为 32 字节（64 位系统）或者 16 字节（32 位系统），具体大小可能会根据实现的不同而有所变化。

这些共享的信息被存储在一个名为控制块的堆上内存区域中，并由所有指向同一对象的 shared_ptr 对象所共享。控制块包含了两个方面的存储：

1.一个计数器，记录了指向堆内存对象的智能指针数量，即引用计数；

2.一个析构器指针，用于释放堆内存空间。

当引用计数为 0 时就会释放存储的堆内存空间。

使用 shared_ptr 来管理动态分配的内存可以免除手动管理资源的烦恼，避免出现忘记释放内存或者重复释放等问题。虽然 shared_ptr 大小较普通指针更大，但其提供了异常安全、线程安全、自动对象销毁等多种优点，在 C++11 中作为标准库的一部分很受欢迎。

7.一个指针有多大？

在 32 位系统中，一个指针通常占用 4 字节（32 位），它可以存放对内存地址的引用，因此可以被用于访问和操作内存中存储的数据。

在 64 位系统中，一个指针通常占用 8 字节（64 位），这是由于 64 位操作系统能够寻址更多的内存，需要使用更长的地址来引用内存块。

需要注意的是，不同的编译器实现或者不同的操作系统可能会有所区别，因此一个指针所占用的大小也可能会有所变化。同时，在一些特殊情况下也可能需要使用额外的标志位、偏移量等信息来对指针进行扩展，这就需要使用更大的空间进行存储。

总之，一个指针的大小取决于操作系统和编译器的实现细节，一般来说在 32 位系统中占用 4 字节，在 64 位系统中占用 8 字节。

8.epoll的工作原理

epoll是一种高效的I/O多路复用机制，其主要目的是为了解决select和poll在大规模链接时存在的效率问题。相比较于select和poll，epoll的关键是采用了事件就绪通知方式，避免了频繁遍历文件描述符集合。

下面简要介绍epoll的工作原理：

1.使用epoll_create函数创建一个epoll实例，并通过该函数返回一个文件描述符，这个文件描述符用于标识内核中的事件表（event table）。

2.将需要进行I/O监听的文件描述符添加到内核的事件表中，使用epoll_ctl函数来实现。具体而言，epoll_ctl函数的第二个参数即为要添加或修改的文件描述符，第三个参数event表示文件描述符发生的事件类型，EPOLLIN表示监听读事件，EPOLLOUT表示监听写事件等。

3.调用epoll_wait函数阻塞当前进程，直到有文件描述符就绪或者超时。如果有文件描述符就绪，则epoll_wait函数会返回已经就绪的文件描述符以及对应的事件类型。需要注意的是，epoll_wait函数的第四个参数timeout指定了最长等待时间，如果超时还没有文件描述符就绪，则函数返回0。

4.当文件描述符上的事件发生时，内核将触发IO线程将事件加入就绪队列（Red-Black tree），线程从队列中取出响应的事件进行处理。

9.数据库第一范式是什么

数据库设计中的第一范式（1NF）是指关系型数据库中的所有属性都是原子性的，不可再分割。

简单来说，就是关系型数据库表中的每个字段都应该只包含单一数据值，而不能包含集合、数组、重复组以及多个值。例如，一个“订单”表中，如果“商品名称”这个字段存储的是多个商品，则不符合第一范式；而应当将它拆分成“商品编号”和“商品数量”两个单独的字段。

实现了第一范式的数据库表会具有如下特点：

每个表列中只能包含单一的、原子性的数据值。
表中的每列都是唯一的，无重复数据。
数据表中的每行要能被唯一地区分开来，需要设置主键（primary key）。

在实际应用中，设计符合第一范式的数据库表可以提高数据处理的效率，避免数据冗余，确保数据的唯一性。同时也为后续的数据库优化、扩展等操作带来方便。

10.现在编写一个c++函数，多线程操作这个函数，每次操作相当于来一个请求，这个函数要在10个请求来到后再统一处理，10个请求还未到来时其他请求都要阻塞，如何实现？

您可以使用信号量（Semaphore）来实现该需求。信号量是一个计数器，用于控制多个线程的并发访问。

在这个具体的实现中，我们可以设置一个初始值为0的信号量，同时创建10个工作线程，并在每个工作线程中执行如下任务：

发出一个新的请求，相当于向某个存储区域添加数据。
调用P操作阻塞当前线程，直至10个请求全部到达。P操作将信号量计数器减去1，如果当前计数器为0，则会一直阻塞等待。
一旦所有的请求都到齐，10个工作线程都会被唤醒并开始处理已经收集到的所有请求。
处理完毕后调用V操作释放信号量，将信号量计数器加上10，这样未完成的其他请求就会重新进入阻塞等待状态。

以下是一个简单的C++例子代码，可供参考：


#include <iostream>
#include <thread>

#include <semaphore.h>

using namespace std;

const int kNumRequests = 10; // 请求数量

sem_t requests_sem; // 信号量

void handle_requests() {
    for (int i = 0; i < kNumRequests; ++i) {
        cout << "收到请求 " << i << endl;
        sem_wait(&requests_sem); // 阻塞等待请求达到
    }
    cout << "所有请求已到达，开始处理..." << endl;
    // 处理请求的逻辑  ...

    sem_post(&requests_sem); // 处理完毕，释放信号量
    sem_post(&requests_sem);
    sem_post(&requests_sem);
    sem_post(&requests_sem);
    sem_post(&requests_sem);
    sem_post(&requests_sem);
    sem_post(&requests_sem);
    sem_post(&requests_sem);
    sem_post(&requests_sem);
    sem_post(&requests_sem);
}

void worker_thread() {
    cout << "线程启动，等待请求..." << endl;
    for (;;) {
        // 假设这里读取存储区域里的数据，然后加入到请求队列中
        // 这里为了演示方便直接使用计数器模拟请求的到达
        static int counter = 0;
        this_thread::sleep_for(chrono::milliseconds(500));
        sem_post(&requests_sem);
        ++counter;
        if (counter == kNumRequests) {
            break;
        }
    }
    handle_requests(); // 处理10个请求
}

int main() {
    sem_init(&requests_sem, 0, 0);

    thread workers[kNumRequests];
    for (int i = 0; i < kNumRequests; ++i) {
        workers[i] = thread(worker_thread);
    }

    for (int i = 0; i < kNumRequests; ++i) {
        workers[i].join();
    }

    sem_destroy(&requests_sem);

    return 0;
}