第二十六篇，C++面经之问答（五）

一、new/delete和malloc/free的区别

1. new/delete是C++的关键字、操作符，malloc/free是C的函数，需引入<stdlib.h>。
2. new会调用构造函数会初始化并返回相应的数据类型，malloc无构造函数可调且返回void*需要强转，且需传入申请的字节大小，而new会根据数据类型自动确定大小；
3. new失败抛出bad_alloc异常，malloc失败返回NULL；
4. delete会调用析构函数，free不会也无析构可调；
5. new/delete效率低，底层封装的是malloc/free，但应用大大扩展了、方便了。

二、频繁new/delete造成内存碎片的问题怎么解决

使用内存池化技术。
底层重载malloc()、free()函数，使用方重载new、delete操作符；
池化的方式一般和要解决的问题的数据类型有关联，即每个空间单元的字节大小；当然也可以无关联，做更通用化的。
一篇挺好的代码链接：
https://blog.csdn.net/K346K346/article/details/49538975

三、dynamic_cast和static_cast的区别

1. dynamic_cast进行安全性检查，如转换失败将返回nullptr或引用时抛出异常，static_cast转换失败时仍会返回指针，但使用有风险；
2. dynamic_cast一般用在多态中，将父类指针/引用转换成子类；
3. dynamic_cast的对象必须有虚函数，因为运行时类型检查需要运行时类型信息，而这个信息存储在类的虚函数表中，static_cast无此限制；
4. dynamic_cast工作在运行时，static_cast工作在编译时。

四、C++的类型安全手段

类比C语言：

1. new/delete对比malloc/free，不再需要强制类型转换；
2. 模板函数对void*，不再需要强制类型转换；
3. const对宏，宏只是文本展开，可能造成错误；const是变量定义，意义明确，无此隐患；
4. dynamic_cast，强化了安全检查机制。

五、哪里用大端哪里用小端

大端：数据高字节存放于内存低地址，Motorola处理器，芯片、网络数据传输；
小端：数据高字节存放于内存高地址，Intel x86处理器，编程；
至于大端更符合人的阅读习惯这个事，写一个多字节的16进制数比较一下大小端就看出来了，注意内存地址要从上到下竖着排，且内存低地址排在最上边：
https://blog.csdn.net/cuishumao/article/details/11777467

六、讲一下RAII

Resource acquisition is initialization.
资源获取即初始化，常见于智能指针、锁。
说到这个话题，也是我开悟C++ OOP编程的起点，突然就悟了，以前是多么的C with class，有之前写的文章为证：
https://blog.csdn.net/qq_42466012/article/details/124718492

七、git rebase的作用

一方面是合并几次连续的commit，精简commit历史；
另一方面是相对于git merge，merge会使得commit历史轨迹虽完整但不清晰，而rebase会呈现出单条开发线一路向前的表现，逻辑清晰，易于理解开发历史。

八、字节对齐的作用

字节对齐是CPU用空间换时间的做法，以提高内存读写的效率；因为CPU是按块读取的，如2字节、4字节、8字节，如果不对齐，会发生数据丢弃、拼接，影响效率。
在结构体或类中，按照变量声明的顺序，每个变量的起始地址相对于该结构体或类的0地址的偏移量，均是其字节大小的整数倍，因此如果它前边所有变量字节数的和不足此整数倍，需要补齐；所有变量的地址计算完成之后可能还需一次补齐，即找出所有变量中最大的字节数，总字节数需按此最大字节数的整数倍补齐。
https://blog.csdn.net/qq_41909314/article/details/89811606

九、为什么引入nullptr替代NULL

关键还是在于C++新增了函数重载机制，以及把NULL的宏定义直接改成了0（在C语言中对NULL的宏定义是((void*)0)，即强转为了空指针），带来了困扰。
在C++加入重载并把NULL重新定义成0以后，问题就来了，假如重载两个函数：
void func(void* p);
void func(int a);
如此调用func(NULL)，我们本意是让它执行第一个函数，但实际执行了第二个，也就是说直接把NULL当0传进去了，这就引发了二义性；这里还和编译器具体实现相关，有些编译器中会直接报ambiguous的error。
而对nullptr的宏定义是明确的空指针，不会引发歧义。

十、常用数据结构

数组、链表、树、图、哈希表、队列、堆、栈，共计8种。
推荐链接：八种数据结构大全

十一、生产消费模式中的cv

这个是我自创的一个问题，两个cv、一个mutex、notify_one()和notify_all()。
在学习生产消费模式的时候，发现用一个cv和用两个cv的困惑，并深入理解了wait()、notify_one()和notify_all()的效果。
无论是分析别人的代码还是修改代码，都没有看出用一个cv和用两个cv的区别，好像一个就够了，于是提了个问题，解答虽然是ChatGPT的，但总算引导我解了症结。

1. 关键是多个生产者多个消费者在阻塞，如果一个cv，那它notify之后尤其notify_one()之后，由于生产消费线程共用同一个cv，则无法控制被唤醒的是生产者还是消费者，若此时数据队列为空但恰好唤醒了又一个消费者，则被唤醒者空跑一轮，虽不造成错误但造成CPU浪费；生产者消费者分别用各自的cv，则能做到精准控制，在生产者线程中唤醒消费者，在消费者线程中唤醒生产者，不仅精准而且逻辑清晰。
2. 共用一个mutex是必须的，因为所有生产者消费者操作的是同一个数据队列，对它做互斥。
3. 而wait()的逻辑是先释放锁以释放锁资源供其它线程竞争，然后等待唤醒，然后上锁，操作都是原子的，保证了互斥操作的正确性。
4. notify_one()和notify_all()，notify_one()是唤醒线程队列中的第一个；notify_all()唤醒所有休眠线程，它们竞争临界资源，胜者执行处理流程，而此时CPU消耗巨大因为竞争败者不再进入休眠而是持续竞争，即不再进入被唤醒队列，直到都获取过一次临界资源。
   推荐这篇文章，有些东西想着想着突然就悟了。。。