一、動態內存管理：new/delete與底層原理
核心問題1：new/delete vs malloc/free
區別對比：
| 特性 | new/delete | malloc/free |
|---|---|---|
| 類型安全 | 自動推導類型，無需轉型 | 返回void*，需強制轉型 |
| 生命周期 | 自動調用構造/析構函數 | 需手動初始化/清理 |
| 錯誤處理 | 拋bad_alloc異常 | 返回NULL，檢查errno |
| 數組支持 | new[]/delete[]自動管理元素 | 需手動處理數組元素 |
| 底層實現 | 封裝operator new/delete（調malloc） | 直接調用系統函數 |
面試點睛：自定義類型必須用new/delete，因C語言的malloc無法管理對象生命周期，如String類的構造函數會分配內存，析構函數釋放內存，而malloc僅分配原始空間，易導致資源泄漏。
核心問題2：定位new的使用場景
定義：在已分配的內存上顯式調用構造函數，語法為new(地址) 類型(參數)。
場景：
- 內存池：預分配內存（如
char* buf = new char[sizeof(String)]），用定位new初始化new(buf) String("hello")。 - 緩沖區解析：網絡接收的二進制數據解析為對象，復用已有內存。
- STL底層：如vector擴容時，對舊空間元素調用析構，新空間用定位new構造。
注意：需手動調用析構函數（s->~String()）再釋放內存，避免資源泄漏。
二、內存分布：棧、堆、數據段的本質區別
五大內存區域
- 棧區：自動分配釋放，存局部變量、函數參數，生長方向高地址→低地址，效率高但空間有限（幾MB）。
- 堆區：手動分配（new/malloc），存動態對象，生長方向低地址→高地址，大小靈活。
- 數據段：靜態存儲，分初始化（全局變量
int a=1）和未初始化（BSS段，int b;默認0）。 - 代碼段：存可執行代碼和只讀常量（如
"hello"），只讀屬性，共享性（多進程共享）。 - 內存映射段：動態鏈接庫、共享內存，用于高效I/O和進程間通信。
典型變量位置
int global = 1; // 數據段（初始化）
static int stat = 2; // 數據段（靜態全局）
void func() { int localVar = 3; // 棧區 static int statLoc = 4; // 數據段（靜態局部） int* heapPtr = new int(5); // heapPtr在棧區，指向堆區
}
面試高頻問：new和malloc分配的內存位于堆區，但new會調用構造函數，而malloc僅返回原始指針。
三、面向對象：封裝本質與C++改進
核心問題1：封裝的實現與作用
定義：通過類將數據（private成員）和方法（public接口）結合，控制訪問權限。
示例：
class Stack {
public: void Push(int x); // 公開接口
private: int* _array; // 私有數據，外部不可直接訪問
};
作用：
- 隱藏細節：用戶無需知道棧如何擴容，只需調用Push。
- 數據保護：禁止外部直接修改
_top，確保棧邏輯正確（如C語言中誤用st.array[st.top]會導致錯誤）。
核心問題2：構造/析構函數解決C語言痛點
C語言缺陷：手動調用StackInit/StackDestroy，易遺漏導致資源泄漏。
C++改進：
Stack st; // 自動調用構造函數初始化
st.Push(10);
// 離開作用域自動調用析構函數釋放內存
本質：自動管理對象生命周期，避免人為錯誤，如文件句柄、網絡連接等資源必在析構函數中釋放。
四、STL：組件協作與容器選擇
核心組件
- 容器：分順序（vector/list/deque）、關聯（set/map，紅黑樹實現）、適配器（stack/queue，封裝底層容器）。
- 算法：通過迭代器操作容器，如
sort(vec.begin(), vec.end())，與容器解耦。 - 迭代器：銜接容器與算法，分隨機訪問（vector）、雙向（list）等，提供統一接口（
++/*）。
容器選擇策略
- 隨機訪問優先：vector（下標O(1)，連續存儲，適合緩存友好）。
- 頻繁頭尾操作：deque（雙端高效，如push_front/pop_back）。
- 有序唯一集合：set（自動排序，去重）；鍵值對快速查找：unordered_map（哈希表，平均O(1)查找）。
面試陷阱：stack默認基于deque實現，而非vector，因deque頭尾操作均為O(1)，而vector尾插O(1)，頭插O(n)。
五、模板：泛型編程與實例化原理
核心問題1：函數模板vs類模板
| 特性 | 函數模板 | 類模板 |
|---|---|---|
| 實例化 | 隱式（編譯器推導） | 顯式（必須寫<T>） |
| 類型參數 | 可省略 | 不可省略 |
| 生成產物 | 具體函數 | 具體類 |
| 作用范圍 | 單個函數通用化 | 整個類通用化 |
示例：
template<typename T> void Swap(T& x, T& y); // 函數模板
Swap(1, 2); // 隱式實例化，T=int template<typename T> class Stack; // 類模板
Stack<int> st; // 顯式實例化，必須指定T=int
核心問題2：模板為何導致代碼膨脹？
原因：每個不同類型的實例化（如vector<int>和vector<double>）生成獨立代碼，無運行時類型擦除（對比Java泛型）。
優化：避免過度嵌套模板（如vector<vector<vector<int>>>），利用編譯器鏈接時優化（LTO）合并重復代碼。
六、sizeof vs strlen：必考點對比
核心區別表
| 區別點 | sizeof（運算符） | strlen（庫函數） |
|---|---|---|
| 本質 | 編譯時計算內存大小 | 運行時遍歷\0算長度 |
包含\0 | 是（如char arr[5]占5字節） | 否（"abc"返回3） |
| 適用類型 | 所有類型 | 僅C風格字符串（\0結尾） |
| 對指針處理 | 算指針本身大小（4/8字節） | 算指向字符串的長度 |
示例：
char str[] = "abc"; // sizeof(str)=4（含`\0`），strlen(str)=3
char* ptr = str; // sizeof(ptr)=8（64位指針），strlen(ptr)=3
易錯點：對未以\0結尾的字符數組用strlen，會越界訪問，導致未定義行為。
七、string類：QT開發必知必會
核心問題1：小字符串優化（SBO）
機制：短字符串（如≤15字節，GCC實現）直接存在棧上，避免堆分配，提升性能。
string s = "hello"; // "hello"（5字節）存于string對象內部，無堆分配
s += "world"; // 超過SBO閾值，轉為堆分配，capacity動態擴展（通常1.5倍）
核心問題2：與QT交互的編碼處理
string轉QString（UTF-8）：
QString qstr = QString::fromUtf8(str.c_str(), str.size());
QString轉string：
string str = qstr.toUtf8().data(); // 確保編碼一致，避免中文亂碼
多線程安全：
- 只讀：線程安全，無需加鎖；
- 寫入：需用
QMutex保護，如多個線程同時push_back日志數據時。
面試準備建議
- 對比記憶：用表格梳理new/malloc、棧/堆、函數模板/類模板的區別，清晰直觀。
- 原理深挖：理解new的底層步驟（operator new調malloc+構造函數），STL迭代器如何解耦容器與算法。
- 項目結合：如QT上位機開發中，用string處理UTF-8日志，通過reserve預分配提升性能，避免頻繁擴容。
- 邊界測試：準備越界訪問（string::at()拋異常 vs operator[]斷言）、內存泄漏（未配對delete[]）等問題的解決方案。
通過系統梳理這些核心知識點，結合實際項目場景，可有效應對C++面試中的高頻問題，展現扎實的基礎與工程實踐能力。
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