C++常见面试题总结

模板

创建类或者函数的公式，分为函数模板和类模板。
实现方式：模板定义以关键字 template 开始，后跟一个模板参数列表。
模板参数列表不能为空；
模板类型参数前必须使用关键字 class 或者 typename，在模板参数列表中这两个关键字含义相同，可互换使用。

template <typename T, typename U, ...>

函数模板

通过定义一个函数模板，可以避免为每一种类型定义一个新函数。
对于函数模板而言，模板类型参数可以用来指定返回类型或函数的参数类型，以及在函数体内用于变量声明或类型转换。
函数模板实例化：当调用一个模板时，编译器用函数实参来推断模板实参，从而使用实参的类型来确定绑定到模板参数的类型。

类模板

类似函数模板，类模板以关键字 template 开始，后跟模板参数列表。但是，编译器不能为类模板推断模板参数类型，需要在使用该类模板时，在模板名后面的尖括号中指明类型(C++17模板参数自动推导)。

函数模板和类模板的区别

• 实例化方式不同：函数模板实例化由编译程序在处理函数调用时自动完成；类模板实例化需要在程序中显式指定。
• 实例化的结果不同：函数模板实例化后是一个函数；类模板实例化后是一个类。
• 默认参数：类模板在模板参数列表中可以有默认参数。
• 特化：函数模板只能全特化；而类模板可以全特化，也可以偏特化。
• 调用方式不同：函数模板可以隐式调用，也可以显式调用；类模板只能显式调用。

什么是可变参数模板？

可变参数模板：接受可变数目参数的模板函数或模板类。将可变数目的参数被称为参数包，包括模板参数包和函数参数包。
模板参数包：表示零个或多个模板参数；
函数参数包：表示零个或多个函数参数。
用省略号来指出一个模板参数或函数参数表示一个包，在模板参数列表中，class… 或 typename… 指出接下来的参数表示零个或多个类型的列表；一个类型名后面跟一个省略号表示零个或多个给定类型的非类型参数的列表。当需要知道包中有多少元素时，可以使用 sizeof… 运算符。

template <typename T, typename... Args> // Args 是模板参数包
void foo(const T &t, const Args&... rest); // 可变参数模板，rest 是函数参数包

实例：

template <typename T>
void print_fun(const T &t)
{
cout << t << endl; // 最后一个元素
}
template <typename T, typename... Args>
void print_fun(const T &t, const Args &...args)
{
cout << t << " ";
print_fun(args...);
}
int main()
{
print_fun("Hello", "wolrd", "!");
return 0;
}
//运行结果：Hello wolrd !

可变参数函数通常是递归的，第一个版本的 print_fun 负责终止递归并打印初始调用中的最后一个实参。第二个版本的 print_fun 是可变参数版本，打印绑定到 t 的实参，并用来调用自身来打印函数参数包中的剩余值。

什么是模板特化？为什么特化？

模板特化的原因：模板并非对任何模板实参都合适、都能实例化，某些情况下，通用模板的定义对特定类型不合适，可能会编译失败，或得不到正确的结果。因此，当不希望使用模板版本时，可以定义类或者函数模板的一个特例化版本。

模板特化：模板参数在某种特定类型下的具体实现。分为函数模板特化和类模板特化。
函数模板特化：将函数模板中的全部类型进行特例化，称为函数模板特化。
类模板特化：将类模板中的部分或全部类型进行特例化，称为类模板特化。

特化分为全特化和偏特化：
全特化：模板中的模板参数全部特例化。
偏特化：模板中的模板参数只确定了一部分，剩余部分需要在编译器编译时确定。

定义函数模板的特化版本，本质上是接管了编译器的工作，为原函数模板定义了一个特殊实例，而不是函数重载，函数模板特化并不影响函数匹配。

//函数模板
template <class T>
bool compare(T t1, T t2)
{
cout << "通用版本：";
return t1 == t2;
}
//函数模板特化
template <>
bool compare(char *t1, char *t2)
{
cout << "特化版本：";
return strcmp(t1, t2) == 0;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
char arr1[] = "hello";
char arr2[] = "abc";
cout << compare(123, 123) << endl;
cout << compare(arr1, arr2) << endl;
return 0;
}
//运行结果：通用版本：1；特化版本：0。

强制类型转换有哪几种？

static_cast

用于数据的强制类型转换，强制将一种数据类型转换为另一种数据类型。

• 用于基本数据类型的转换。
• 用于类层次之间的基类和派生类之间 指针或者引用 的转换（不要求必须包含虚函数，但必须是有相互联系的类），进行上行转换（派生类的指针或引用转换成基类表示）是安全的；进行下行转换（基类的指针或引用转换成派生类表示）由于没有动态类型检查，所以是不安全的，最好用 dynamic_cast 进行下行转换。
• 可以将空指针转化成目标类型的空指针。
• 可以将任何类型的表达式转化成 void 类型。

const_cast

强制去掉常量属性，不能用于去掉变量的常量性，只能用于去除指针或引用的常量性，将常量指针转化为非常量指针或者将常量引用转化为非常量引用（注意：表达式的类型和要转化的类型是相同的）。

reinterpret_cast

改变指针或引用的类型、将指针或引用转换为一个足够长度的整型、将整型转化为指针或引用类型。

dynamic_cast

• 其他三种都是编译时完成的，动态类型转换是在程序运行时处理的，运行时会进行类型检查。
• 只能用于带有虚函数的基类或派生类的指针或者引用对象的转换，转换成功返回指向类型的指针或引用，转换失败返回 NULL；不能用于基本数据类型的转换。
• 在向上进行转换时，即派生类类的指针转换成基类类的指针和 static_cast 效果是一样的，（注意：这里只是改变了指针的类型，指针指向的对象的类型并未发生改变）。
• 在下行转换时，基类的指针类型转化为派生类类的指针类型，只有当要转换的指针指向的对象类型和转化以后的对象类型相同时，才会转化成功。

左值和右值

左值和右值的区别

左值：指表达式结束后依然存在的持久对象。
右值：表达式结束就不再存在的临时对象。
左值和右值的区别：左值持久，右值短暂。

左值引用和右值引用的区别

• 左值引用不能绑定到要转换的表达式、字面常量或返回右值的表达式。右值引用恰好相反，可以绑定到这类表达式，但不能绑定到一个左值上。
• 右值引用必须绑定到右值的引用，通过 && 获得。右值引用只能绑定到一个将要销毁的对象上，因此可以自由地移动其资源。

void fun1(int& tmp)
{
cout << "fun1(int& tmp):" << tmp << endl;
}
void fun2(int&& tmp)
{
cout << "fun2(int&& tmp)" << tmp << endl;
}
int main()
{
int var = 11;
fun1(12); // error: cannot bind non-const lvalue reference of type 'int&' to an rvalue of type 'int'
fun1(var);
fun2(1);
}

move

std::move 可以将一个左值强制转化为右值，继而可以通过右值引用使用该值，以用于移动语义。std::move() 函数原型：

template <typename T>
typename remove_reference<T>::type&& move(T&& t)
{
return static_cast<typename remove_reference<T>::type &&>(t);
}

• 右值传递给上述函数的形参T&&依然是右值，即T&& &&相当于T&&。
• 左值传递给上述函数的形参T&&依然是左值，即T&& &相当于T&。

move() 函数的形参既可以是左值也可以是右值。

std::move() 实现原理：

利用引用折叠原理将右值经过 T&& 传递类型保持不变还是右值，而左值经过 T&& 变为普通的左值引用，以保证模板可以传递任意实参，且保持类型不变；
然后通过 remove_refrence 移除引用，得到具体的类型 T；
最后通过 static_cast<> 进行强制类型转换，返回 T&& 右值引用。

C++ 11 nullptr 比 NULL 优势

NULL：预处理变量，是一个宏，它的值是 0，定义在头文件 中，即 #define NULL 0。
nullptr：C++ 11 中的关键字，是一种特殊类型的字面值，可以被转换成任意其他类型。

nullptr 的优势：
有类型，类型是 typdef decltype(nullptr) nullptr_t;，使用 nullptr 提高代码的健壮性。nullptr 本身是 指针类型，不能转化为整数类型，否则还会在重载时出现二义性问题。nullptr可以转换成任意其他指针类型。
函数重载：因为 NULL 本质上是 0，在函数调用过程中，若出现函数重载并且传递的实参是 NULL，可能会出现，不知和哪一个函数匹配的情况；但是传递实参 nullptr 就不会出现这种情况。

参数传递时，值传递、引用传递、指针传递的区别？

值传递：形参是实参的拷贝，函数对形参的所有操作不会影响实参。
指针传递：本质上是值传递，只不过拷贝的是指针的值，拷贝之后，实参和形参是不同的指针，但是指针内容相同，指向同一块内存。通过指针可以间接的访问指针所指向的对象，从而可以修改它所指对象的值。
引用传递：当形参是引用类型时，我们说它对应的实参被引用传递。
只有在值传递时，形参和实参的地址不一样，在函数体内操作的不是变量本身。引用传递和指针传递，在函数体内操作的是变量本身。

泛型编程如何实现？

泛型编程实现的基础：模板。 模板是创建类或者函数的蓝图或者说公式，当时用一个 vector 这样的泛型，或者 find 这样的泛型函数时，编译时会转化为特定的类或者函数。
泛型编程涉及到的知识点较广，例如：容器、迭代器、算法等都是泛型编程的实现实例。
容器：涉及到 STL 中的容器，例如：vector、list、map 等，可选其中熟悉底层原理的容器进行展开讲解。
迭代器：一种抽象的设计概念，在设计模式中有迭代器模式，即提供一种方法，使之能够依序寻访某个容器所含的各个元素，而无需暴露该容器的内部表述方式。作用：在无需知道容器底层原理的情况下，遍历容器中的元素。

最后

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