C++ STL面试题, C++11

Step 1

Q:: 什么是STL（标准模板库）？

A:: STL（标准模板库）是C++标准库的一部分，提供了一组通用的模板类和函数，包括容器、迭代器、算法和函数对象等。它们大大提高了C++程序的开发效率和代码的可读性。

Step 2

Q:: C++ STL中的vector是什么？它的优缺点是什么？

A:: vector是STL中的一个动态数组容器，支持快速的随机访问。优点包括动态调整大小、支持随机访问和尾部插入效率高。缺点是插入和删除操作（特别是在中间位置）效率低，可能需要频繁的内存分配。

Step 3

Q:: C++ STL中的map和unordered_map有什么区别？

A:: map是基于红黑树实现的有序关联容器，元素按照键的顺序存储，查找、插入和删除的时间复杂度为O(log n)。unordered_map是基于哈希表实现的无序关联容器，元素无序存储，查找、插入和删除的平均时间复杂度为O(1)。

Step 4

Q:: C++11中新添加的auto关键字有什么作用？

A:: auto关键字用于自动类型推导，编译器会根据初始化表达式来推导变量的类型。这简化了代码书写，减少了类型错误的可能性。

Step 5

Q:: C++11中的智能指针是什么？有哪些类型？

A:: 智能指针是C++11中引入的用于自动管理动态内存的工具，主要有三种类型：unique_ptr（独占所有权）、shared_ptr（共享所有权）和weak_ptr（弱引用，不控制对象生命周期）。

Step 1

Q:: What is the purpose of the 'auto' keyword introduced in C++11?

A:: The 'auto' keyword allows the compiler to automatically deduce the type of a variable from its initializer. This makes the code more concise and less error-prone when dealing with complex types, such as iterators or lambda functions. For example, instead of explicitly stating the type, you can write 'auto it = myVector.begin();', where the type of 'it' is deduced by the compiler.

Step 2

Q:: Explain the concept of 'lambda expressions' in C++11. How are they useful?

A:: Lambda expressions are a way to create anonymous functions in C++. They are useful for defining small functions inline, particularly when passing them as arguments to algorithms or threading functions. The syntax is '[capture] (parameters) -> return_type {body}'. Lambdas are helpful when you need a quick, temporary function without the overhead of defining a named function.

Step 3

Q:: What is 'nullptr' and how is it different from NULL?

A:: 'nullptr' is a new keyword introduced in C++11 to represent a null pointer. Unlike NULL, which is traditionally defined as 0, 'nullptr' is of type 'std::nullptr_t' and can be used to disambiguate function overloads. It provides type safety and avoids potential issues caused by the use of integer 0 as a null pointer.

Step 4

Q:: Describe the role of 'move semantics' and 'rvalue references' in C++11.

A:: Move semantics and rvalue references allow the efficient transfer of resources from temporary objects (rvalues) to other objects. By using rvalue references (denoted by '&&'), C++11 introduced the ability to 'move' rather than 'copy' resources like memory, which improves performance, especially in cases involving large data structures like vectors or strings. This is particularly useful in resource-intensive applications where minimizing unnecessary copying is crucial.

Step 5

Q:: What are 'std::unique_ptr' and 'std::shared_ptr'? How do they differ?

A:: 'std::unique_ptr' and 'std::shared_ptr' are smart pointers introduced in C++11 to manage dynamic memory more safely and efficiently. 'std::unique_ptr' ensures exclusive ownership of a resource, meaning that only one unique_ptr can own a resource at a time. 'std::shared_ptr' allows multiple pointers to share ownership of a resource, with the resource being automatically deleted when the last 'shared_ptr' goes out of scope. 'unique_ptr' is generally preferred when ownership does not need to be shared, as it has less overhead.

Step 1

Q:: 什么是C++中的虚函数？为什么使用虚函数？

A:: 虚函数是一种在基类中使用关键字virtual声明的函数，目的是为了支持多态性。虚函数允许在派生类中重写函数，并且在运行时通过基类指针或引用调用时，会调用派生类的实现，而不是基类的实现。虚函数用于实现运行时多态，这是面向对象编程的核心特性之一。

Step 2

Q:: C++11中新引入的nullptr关键字有什么作用？

A:: C++11引入的nullptr是一个特殊的字面量，代表空指针。它解决了传统C++中NULL可能被当作整数0处理的问题，确保在指针上下文中不会出现歧义。使用nullptr可以提高代码的可读性和安全性。

Step 3

Q:: C++中的RAII（资源获取即初始化）是什么？它的作用是什么？

A:: RAII是一种资源管理技术，确保资源的分配和释放在对象的生命周期内自动完成。在构造函数中获取资源，在析构函数中释放资源。RAII的核心思想是通过对象的生命周期管理资源，避免手动管理资源释放带来的错误，如内存泄漏或资源未释放。

Step 4

Q:: 解释一下C++11中的auto关键字，它有什么优势？

A:: auto关键字允许编译器自动推导变量的类型。它简化了代码书写，特别是在变量类型复杂或依赖模板时。auto提高了代码的灵活性和可维护性，减少了类型声明中的冗余。

Step 5

Q:: C++中的智能指针（如std::shared_ptr和std::unique_ptr）有什么作用？

A:: 智能指针是一种自动管理动态分配内存的工具。std::shared_ptr实现了共享所有权，多个指针可以指向同一对象，引用计数为零时自动释放资源。std::unique_ptr则实现了独占所有权，保证一个指针独占资源。智能指针的使用可以减少内存泄漏和野指针问题。

Step 1

Q:: 什么是C++中的线程？如何创建一个线程？

A:: 线程是操作系统能够独立调度和执行的最小单元。在C++11中，可以使用std::thread类来创建线程。创建线程的基本方法是将一个可调用对象（例如函数指针、函数对象或lambda表达式）传递给std::thread的构造函数。示例代码：std::thread t([]{ std::cout << 'Hello from thread'; }); t.join();

Step 2

Q:: C++11中有哪些线程同步机制？

A:: C++11提供了多种线程同步机制，包括互斥锁(``std::mutex``)、条件变量(``std::condition_variable``)、读写锁(``std::shared_mutex``)、以及原子操作(``std::atomic``)。这些工具用于防止数据竞争和保证多线程环境下的操作安全性。

Step 3

Q:: std::atomic与std::mutex有什么区别？

A:: std::atomic提供的是无锁的原子操作，通常用于轻量级的操作和单变量操作，它的性能通常优于std::mutex。std::mutex则是用于保护一段代码的访问，以避免数据竞争。通常情况下，std::atomic适用于简单的原子操作，而std::mutex适用于需要保护复杂数据结构的场景。

Step 4

Q:: 如何使用std::condition_variable实现线程同步？

A:: std::condition_variable用于使线程等待某个条件满足。它通常与std::mutex配合使用。线程可以调用wait()函数来等待条件满足，条件满足时，其他线程可以调用notify_one()或notify_all()来通知等待的线程继续执行。示例代码：std::condition_variable cv; std::mutex mtx; bool ready = false; std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx); cv.wait(lck, []{ return ready; });

Step 5

Q:: 什么是数据竞争？如何避免数据竞争？

A:: 数据竞争（data race）是指两个或多个线程在没有适当同步的情况下访问相同的共享变量，并且至少有一个线程对变量进行了写操作。避免数据竞争的方法包括使用std::mutex对共享数据进行保护，使用std::atomic对单一变量进行原子操作，或者使用其他同步机制如条件变量。

Step 1

Q:: C++11 提供了哪些新特性？

A:: C++11 引入了许多新特性，主要包括： 1. auto 关键字：用于自动推导变量类型。 2. lambda 表达式：用于定义匿名函数。 3. 智能指针：引入了 std::shared_ptr、std::unique_ptr 和 std::weak_ptr 用于管理动态内存。 4. 移动语义和右值引用：优化对象的拷贝和移动，提高性能。 5. constexpr：用于定义在编译时可以计算的常量。 6. nullptr：代替 NULL，表示空指针。 7. 类型推导：包括 decltype 和 auto。 8. 新的容器：如 std::unordered_map 和 std::array。 9. 并发支持：引入了 std::thread、std::mutex 等并发编程的库。 10. 范围 for 循环：简化了遍历容器的操作。

Step 2

Q:: 什么是右值引用和移动语义？

A:: 右值引用（rvalue reference）是 C++11 引入的一种引用类型，表示可以绑定到右值（如临时对象或字面值）的引用。其语法为 Type&&。移动语义（move semantics）允许开发者定义对象如何从一个位置移动到另一个位置，而不是复制，从而提高性能。通过 std::move 函数，可以将左值转换为右值引用，以便调用移动构造函数或移动赋值运算符。

Step 3

Q:: 智能指针的类型及其适用场景？

A:: C++11 引入了三种智能指针： 1. std::unique_ptr：表示唯一所有权，确保指针在任何时候只有一个拥有者，适用于需要严格控制资源生命周期的场景。 2. std::shared_ptr：表示共享所有权，多个指针可以指向同一块内存，适用于多个对象需要共享资源的场景。 3. std::weak_ptr：辅助 std::shared_ptr 工作，避免循环引用导致内存泄漏。

Step 4

Q:: C++11 中的 lambda 表达式是什么？

A:: Lambda 表达式是一种可以在 C++ 代码中定义匿名函数的方式。其基本语法为 [捕获列表](参数列表) -> 返回类型 { 函数体 }。Lambda 表达式可以捕获外部作用域中的变量，并用于简化代码，尤其是在使用 STL 算法或处理回调时。