1.C++中的const關鍵字有哪些用法？
- 1.修飾變量：表示變量的值不可修改。
-
const int a = 10; - 2.修飾指針：
-
const int* p： // 指針指向的內容不可修改。 int* const p： // 指針本身不可修改。 const int* const p： // 指針和指針指向的內容都不可修改。 - 3.修飾成員函數：表示該函數不會修改類的成員變量。
-
void func() const; - 4.修飾函數參數：表示函數內部不會修改該參數。
-
void func(const int& x);
2.C++中的static關鍵字有哪些用法？
- 1.修飾局部變量：使局部變量的生命周期延長到整個程序運行期間，但作用域不變。
-
void func() { static int count = 0; count++; } - 2.修飾全局變量或函數：限制其作用域為當前文件。
-
static int globalVar = 10; - 3.修飾類的成員變量：使該成員變量屬于類而不是類的實例，所有實例共享同一個靜態成員變量。
-
class A { public: static int count; }; - 4.修飾類的成員函數：靜態成員函數不能訪問類的非靜態成員，只能訪問靜態成員。
-
class A { public: static void func(); };
3. C++中的虛函數和純虛函數有什么區別？?
- 虛函數：在基類中使用
virtual關鍵字聲明的函數，派生類可以重寫該函數。基類可以定義虛函數的實現。 -
class Base { public: virtual void func() { cout << "Base" << endl; } }; - 純虛函數：在基類中使用
virtual關鍵字聲明并且沒有實現的函數，派生類必須重寫該函數。含有純虛函數的類稱為抽象類，不能實例化。 -
class Base { public: virtual void func() = 0; };
4.?C++的多態形式
????????多態（Polymorphism）定義：多態性是面向對象編程（OOP）中的一個核心概念，它允許不同類的對象通過相同的接口調用不同的方法。在C++中，多態性通常通過繼承和虛函數來實現。
實現方式：
1.基于繼承的多態（運行時多態）：通過基類指針或引用來調用派生類中的重寫方法。
class Base {
public:virtual void show() {cout << "Base class show function" << endl;}
};class Derived : public Base {
public:void show() override {cout << "Derived class show function" << endl;}
};int main() {Base* basePtr;Derived derivedObj;basePtr = &derivedObj;basePtr->show(); // 調用的是Derived類的show方法return 0;
}2.基于函數重載和模板的多態（編譯時多態）（雖然這不是傳統意義上的多態，但在某些情況下可以模擬多態行為）
注意：多態性要求基類中的函數必須是虛函數（使用virtual關鍵字），且派生類中對該函數進行了重寫（使用override關鍵字，C++11及以后）。
-
函數重載：允許在同一個作用域內定義多個同名函數，但這些函數的參數列表必須不同。
void print(int i) {cout << "Integer: " << i << endl; }void print(double d) {cout << "Double: " << d << endl; } -
模板：允許編寫與類型無關的代碼，編譯器在編譯時會自動根據實參類型生成相應的函數或類。
template <typename T> void print(T t) {cout << t << endl; }
5.?C++的重載（Overloading）
定義：函數重載是指在同一作用域內，可以聲明多個具有相同名稱但參數列表不同的函數。參數列表的不同可以是參數的類型、數量或順序。
示例：
class MathUtils {
public:int add(int a, int b) {return a + b;}double add(double a, double b) {return a + b;}int add(int a, int b, int c) {return a + b + c;}
};
在這個例子中，MathUtils類有三個名為add的函數，但它們的參數列表不同，因此可以共存。
-
關于多態：
- 虛函數表（vtable）是如何實現的？它是如何支持多態性的？
- 答案：虛函數表是一個指向函數指針數組的指針，每個類都有一個自己的虛函數表。當通過基類指針或引用調用虛函數時，編譯器會查找該指針所指向的虛函數表，并根據對象實際的類型找到正確的函數指針進行調用。
- 虛析構函數的作用是什么？為什么需要它？
- 答案：虛析構函數確保當通過基類指針刪除派生類對象時，能夠調用到派生類的析構函數，從而正確釋放資源。如果沒有虛析構函數，可能會導致資源泄漏或未定義行為。
- 虛函數表（vtable）是如何實現的？它是如何支持多態性的？
-
關于重載：
- 函數重載是如何實現的？編譯器如何區分同名函數？
- 答案：函數重載是通過函數名稱修飾（name mangling）來實現的。編譯器會根據函數的參數列表生成一個唯一的函數標識符，從而區分同名但參數不同的函數。
- 構造函數可以被重載嗎？如果可以，有什么注意事項？
- 答案：是的，構造函數可以被重載。每個構造函數都必須有獨特的參數列表。在重載構造函數時，需要確保每個構造函數都能正確地初始化對象的狀態，并避免重復或沖突的代碼。
- 函數重載是如何實現的？編譯器如何區分同名函數？
6.?虛擬地址和物理地址?
（1）基本概念
-
地址空間：一個非負整數地址的有序集合，用于標識內存位置。
- 虛擬地址空間 (Virtual Address Space)：由 CPU 生成的邏輯地址集合，大小為?N=2的n次方（如 32 位系統為?2的32次方=4GB）。
- 物理地址空間 (Physical Address Space)：實際物理內存（RAM）的地址集合，大小為?MM?字節（如 8GB 物理內存對應?M=8×2的30次方字節）。
-
虛擬地址與物理地址的關系：
- 每個存儲單元（字節）在虛擬地址空間和物理地址空間中分別有一個地址。
- 虛擬地址是程序直接使用的邏輯地址，物理地址是內存硬件實際訪問的地址。
（2）虛擬內存的核心思想
????????虛擬內存允許數據對象擁有多個獨立的虛擬地址，這些地址來自不同的虛擬地址空間。例如：
- 不同進程的映射：同一物理內存頁（如共享庫）可被映射到不同進程的虛擬地址空間中。
- 同一進程的多重映射：同一虛擬地址在不同時刻可映射到不同物理地址（如動態內存分配）。
（3）地址轉換機制
????????虛擬地址到物理地址的轉換由 MMU（內存管理單元） 完成，核心步驟如下：
-
分頁機制：
- 內存被劃分為固定大小的頁（如 4KB）。
- 虛擬地址和物理地址均按頁對齊，頁內偏移直接映射。
-
頁表映射：
- 頁表 (Page Table)：操作系統為每個進程維護的數據結構，記錄虛擬頁號到物理頁幀號的映射。
- 頁表項 (PTE)：包含物理頁幀號、權限位（讀/寫/執行）、有效位（是否在內存中）等。
-
轉換流程：
- 虛擬地址拆分為?頁號（高位）?和?頁內偏移（低位）。
- MMU 通過頁號查詢頁表，獲取物理頁幀號。
- 物理地址 = 物理頁幀號 × 頁大小 + 頁內偏移。
示例：
- 虛擬地址?
0x0804A000（頁號?0x0804A，偏移?0x000）→ 物理頁幀?0x12345?→ 物理地址?0x12345000。
（4）虛擬內存的優勢
- 內存隔離：每個進程擁有獨立虛擬地址空間，防止非法訪問。
- 內存擴展：通過磁盤交換（Swap）支持運行超過物理內存大小的程序。
- 共享內存：不同進程的虛擬地址可映射到同一物理頁（如動態庫、進程間通信）。
- 簡化編程：程序無需關心物理內存分配細節（如碎片、地址沖突）。
關鍵問題與場景?
Q1：虛擬地址空間可以大于物理地址空間嗎？
- 可以。例如，32 位系統虛擬地址空間為 4GB，物理內存可能僅 2GB，剩余部分通過磁盤交換模擬。
Q2：虛擬地址是否一定對應物理地址？
- 不一定。虛擬地址可能：
- 未分配（如未使用的堆空間）。
- 已分配但未加載到內存（觸發缺頁中斷）。
- 映射到文件（內存映射文件，
mmap）。
Q3：如何實現多個虛擬地址映射到同一物理地址？
- 共享內存：多個進程的頁表項指向同一物理頁幀。
- 示例：動態庫代碼段在多個進程間共享，減少內存冗余。
7.?Linux字符設備
1. 什么是字符設備？
- 定義：字符設備（Character Device）是以**字節流（Byte Stream）**形式進行數據讀寫的設備，數據按順序訪問，不支持隨機尋址。
- 典型例子：鍵盤、鼠標、串口、終端（
/dev/tty）、聲卡等。 - 與塊設備的區別：
- 訪問方式：字符設備按字節流操作，塊設備按固定大小的數據塊（如 512B）操作。
- 緩存機制：塊設備通常有內核緩存（Buffer Cache），而字符設備無緩存（直接讀寫硬件）。
- 使用場景：字符設備用于實時性高或數據量小的設備，塊設備用于存儲設備（如硬盤）。
2. 字符設備驅動核心機制
(1) 設備號（Major & Minor Number）
- 主設備號（Major Number）：標識設備類型，同一類設備共享同一主設備號。
- 次設備號（Minor Number）：區分同一類型設備的不同實例（如多個串口）。
- 注冊方法：
-
// 靜態分配（需確保未被占用） int register_chrdev_region(dev_t first, unsigned int count, const char *name);// 動態分配（推薦） int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned int firstminor, unsigned int count, const char *name);
(2) 設備文件
- 設備節點：用戶通過文件（如?
/dev/mydev）訪問設備。 - 創建方式：
- 手動創建：
mknod /dev/mydev c 250 0（主設備號250，次設備號0）。 - 自動創建：通過?
udev?或?devtmpfs?根據?sysfs?信息自動生成。
- 手動創建：
(3) 驅動核心結構體：file_operations
- 作用：定義設備操作函數（如?
open,?read,?write），用戶調用系統調用時觸發。 - 關鍵成員函數：
-
struct file_operations {struct module *owner;int (*open)(struct inode *, struct file *);ssize_t (*read)(struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);ssize_t (*write)(struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);long (*unlocked_ioctl)(struct file *, unsigned int, unsigned long);int (*release)(struct inode *, struct file *);// 其他函數：poll, mmap, fsync 等 };
(4) 驅動注冊流程
- 分配設備號：
alloc_chrdev_region。 - 初始化?
cdev：struct cdev my_cdev; cdev_init(&my_cdev, &my_fops); // 綁定 file_operations - 添加設備到內核：
cdev_add(&my_cdev, dev, count)。 - 創建設備節點（可選自動方式）：
struct class *my_class = class_create(THIS_MODULE, "my_class"); device_create(my_class, NULL, dev, NULL, "mydev");
(5) 相關問題：
Q1: 字符設備和塊設備有什么區別？
- 回答要點：
- 字符設備按字節流訪問，塊設備按數據塊訪問。
- 字符設備無內核緩存，塊設備有緩存機制。
- 典型應用場景：字符設備用于交互式設備（如串口），塊設備用于存儲（如硬盤）。
Q2: 如何注冊一個字符設備驅動？
- 回答示例：
- 使用?
alloc_chrdev_region?動態分配設備號。 - 定義并填充?
file_operations?結構體。 - 初始化?
cdev?并通過?cdev_add?注冊到內核。 - 使用?
class_create?和?device_create?自動生成設備節點。
- 使用?
Q3:?file_operations?中的?read?和?write?函數如何實現？
- 回答示例：
read：從設備讀取數據到用戶空間緩沖區，使用?copy_to_user。-
static ssize_t my_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t len, loff_t *off) {char kernel_buf[256];// 從硬件讀取數據到 kernel_bufcopy_to_user(buf, kernel_buf, min(len, sizeof(kernel_buf)));return len; } write：從用戶空間緩沖區寫入設備，使用?copy_from_user。-
static ssize_t my_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t len, loff_t *off) {char kernel_buf[256];copy_from_user(kernel_buf, buf, min(len, sizeof(kernel_buf)));// 將 kernel_buf 寫入硬件return len; }
Q4: 用戶程序如何與字符設備交互？
- 回答要點：
- 用戶程序通過系統調用（如?
open,?read,?write,?ioctl）操作設備文件。 - 示例代碼：
-
int fd = open("/dev/mydev", O_RDWR); read(fd, buf, sizeof(buf)); write(fd, buf, sizeof(buf)); ioctl(fd, MY_CMD, arg); close(fd);
- 用戶程序通過系統調用（如?
8.?進程，線程，協程區別，進程間通信、怎樣做同步、信號量和鎖
（1）基本概念對比
| 特性 | 進程 | 線程 | 協程 |
|---|---|---|---|
| 定義 | 操作系統資源分配的基本單位，獨立地址空間。 | 進程內的執行單元，共享進程資源。 | 用戶態輕量級線程，由程序控制調度。 |
| 資源開銷 | 高（獨立內存、文件句柄等）。 | 低（共享進程資源）。 | 極低（僅需保存寄存器狀態和棧）。 |
| 切換成本 | 高（需切換地址空間、內核態操作）。 | 中（需內核調度）。 | 低（用戶態切換，無內核介入）。 |
| 并發性 | 多進程并行（依賴多核）。 | 多線程并行（共享進程資源）。 | 單線程內高并發（異步I/O或協作式調度）。 |
| 通信方式 | IPC（管道、共享內存等）。 | 共享內存（需同步）。 | 直接傳遞數據（如通道、隊列）。 |
| 典型應用 | 隔離性任務（如瀏覽器多標簽頁）。 | 高并發I/O操作（如Web服務器）。 | 高并發I/O密集型任務（如爬蟲、微服務）。 |
?（2）進程間通信（IPC）方式
【GL011】操作系統-CSDN博客文章瀏覽閱讀975次，點贊21次，收藏19次。本篇文章是關于操作系統的知識混淆點，建議經常食用！https://blog.csdn.net/qq_68192341/article/details/144378829?ops_request_misc=%257B%2522request%255Fid%2522%253A%2522efe8ef7a25b42058cc3baedf821c4263%2522%252C%2522scm%2522%253A%252220140713.130102334.pc%255Fblog.%2522%257D&request_id=efe8ef7a25b42058cc3baedf821c4263&biz_id=0&utm_medium=distribute.pc_search_result.none-task-blog-2~blog~first_rank_ecpm_v1~rank_v31_ecpm-1-144378829-null-null.nonecase&utm_term=%E8%BF%9B%E7%A8%8B%E9%97%B4%E9%80%9A%E4%BF%A1&spm=1018.2226.3001.4450
9. C++設計模式
1. 單例模式（Singleton）
- 作用：確保一個類只有一個實例，并提供全局訪問點。
- 場景：配置管理、日志系統、數據庫連接池。
- 實現（C++11?線程安全）：
-
class Singleton { public:static Singleton& getInstance() {static Singleton instance; // C++11 保證線程安全return instance;}void doSomething() { /* ... */ } private:Singleton() = default; // 私有構造函數Singleton(const Singleton&) = delete; // 禁止拷貝Singleton& operator=(const Singleton&) = delete; // 禁止賦值 }; -
2. 工廠模式（Factory Method）
- 作用：將對象創建延遲到子類，通過接口統一創建過程。
- 場景：跨平臺 UI 組件、數據庫驅動。
- 示例：
-
class Product { public:virtual void use() = 0; }; class ConcreteProduct : public Product {void use() override { std::cout << "Using product\n"; } }; class Factory { public:virtual Product* createProduct() = 0; }; class ConcreteFactory : public Factory {Product* createProduct() override { return new ConcreteProduct(); } };
3. 抽象工廠模式（Abstract Factory）
- 作用：創建一組相關或依賴對象的家族，無需指定具體類。
- 場景：跨主題 GUI 庫（如不同風格的按鈕和文本框）。
- 示例：
-
class Button { /* ... */ }; class WinButton : public Button { /* ... */ }; class MacButton : public Button { /* ... */ };class GUIFactory { public:virtual Button* createButton() = 0; }; class WinFactory : public GUIFactory {Button* createButton() override { return new WinButton(); } }; class MacFactory : public GUIFactory {Button* createButton() override { return new MacButton(); } };4. 建造者模式（Builder）
- 作用：分步驟構造復雜對象，分離構建與表示。
- 場景：構造 HTTP 請求、游戲角色生成。
- 示例：
-
class Car {std::string engine, wheels; public:void setEngine(const std::string& e) { engine = e; }void setWheels(const std::string& w) { wheels = w; } };class CarBuilder { public:virtual void buildEngine() = 0;virtual void buildWheels() = 0;virtual Car getResult() = 0; }; class SportsCarBuilder : public CarBuilder {Car car;void buildEngine() override { car.setEngine("V8"); }void buildWheels() override { car.setWheels("Racing"); }Car getResult() override { return car; } };
................................很多................................
| 模式類別 | 典型模式 | 核心思想 |
|---|---|---|
| 創建型 | 工廠、單例、建造者 | 解耦對象創建與使用 |
| 結構型 | 適配器、裝飾器、代理 | 組合對象形成更大結構 |
| 行為型 | 觀察者、策略、狀態 | 優化對象間通信與職責分配 |
?
10.?觀察者模式如何用C++實現
觀察者模式（Observer）
- 作用：定義對象間的一對多依賴，當對象狀態變化時自動通知依賴項。
- 場景：事件處理系統、MVC 模型更新。
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