2023最新中级难度C++面试题,包含答案。刷题必备！记录一下。-JZTXT

好记性不如烂笔头

内容来自面试宝典-中级难度C++面试题合集

问: 什么是虚函数和纯虚函数？它们有什么区别？

虚函数是一种在基类中声明的函数，它可以在派生类中被覆盖以实现多态性。

纯虚函数是一种特殊的虚函数，它没有定义任何具体的行为，只声明了一个接口。纯虚函数的目的是为了让基类不能实例化，并要求派生类必须实现它。

以下是虚函数和纯虚函数的主要区别：

虚函数可以有具体的实现，也可以没有具体的实现；而纯虚函数必须没有具体的实现。
如果一个基类中含有纯虚函数，则该基类不能实例化对象，只能作为其他类的基类使用；而含有虚函数的类是可以实例化的。
调用虚函数时，如果派生类没有重写该虚函数，那么会调用基类的实现；而调用纯虚函数时，必须在派生类中重写它。

总的来说，虚函数是实现多态性的关键，它可以让我们根据不同的对象类型调用不同的方法；而纯虚函数则是为了保证基类不能实例化并迫使派生类实现某种接口。

问: C++中的const关键字有哪些用法？

C++中的const关键字有许多用法，以下是其中的一些主要用途：

声明常量变量：const关键字可以用于声明不可更改的常量变量。例如：const int x = 5;
指向常量的指针：const关键字可以用来创建指向常量的指针。例如：const int *ptr; 这意味着您不能通过该指针更改它所指向的值。
常指针：const关键字还可以用于创建常指针，这意味着您不能更改该指针的值，即它所指向的内存位置。例如：int * const ptr;
const成员函数：在类中，可以使用const关键字修饰成员函数，以指示该函数不会更改对象的数据成员。这是为了防止意外地修改对象的状态。如果一个成员函数被声明为const，则只能调用其他const成员函数和访问const成员变量。
const引用：const关键字也可以用于创建const引用，这意味着通过该引用无法更改原始变量的值。例如：void func(const int &x);

以上是一些主要的const关键字用法，但在实际编程中还有许多其他的使用方式。

问: 解释下C++中类成员的访问控制权限。

在C++中，类成员的访问控制权限是public(公开)、protected(保护) 和 private(私有)，可以通过这三个访问控制符来控制类成员对外界的可见性和可访问性。

Public (公共): 所有的类外部都能直接访问public成员，包括实例化的对象以及非成员函数。
Protected (受保护): 在类内部和其所有派生类内都可以访问protected成员，但在类外部或不是派生类的情况下不能直接访问。
Private (私有): 类内的private成员只能在其内部使用，无论是类外部还是派生类都不能直接访问。

这样设计的好处是可以更好地封装数据和方法，并且使得代码更加安全和易于维护。比如一般我们会把数据成员设置为private，然后提供相应的getters和setters（getter返回成员的值，setter设置成员的值），这样既可以限制外界对数据的操作又提供了可控的接口供外界使用。

请注意，访问控制只适用于非友元和非成员函数的情况。对于友元和类成员，无论是否为公开/受保护/私有的数据或函数，都是可以直接访问的。

问: 什么是RAII(资源获取即初始化)原则？在C++中如何实现？

RAII（Resource Acquisition Is Initialization）是一种由C++之父Bjarne Stroustrup提出的设计原则，中文通常译作“资源获取即初始化”。这个概念是指将资源的获取和释放绑定到某个对象的生存期范围内，从而确保资源的正确释放。

在C++中，可以使用局部对象（如栈上的对象）来管理和释放资源，这被称为RAII技术。当一个对象在堆栈上创建并离开作用域时，它会被自动销毁，这就意味着任何与对象相关的资源也会被自动清理，这就是所谓的资源管理。

例如，C++标准库中的std::unique_ptr、std::shared_ptr等智能指针就实现了RAII原则，它们可以在构造函数中自动获取资源，在析构函数中自动释放资源。这种机制可以帮助我们避免内存泄漏等问题，同时使代码更易读、更易维护。

因此，使用RAII可以在很大程度上减少程序中的bug，并提高代码的质量和可靠性。

问: 什么是C++中的模板元编程？

模板元编程（Template Meta Programming，简称 TMP 或 Template Metaprogramming）是C++编程语言中一种高级的编程技巧和技术，它可以让我们在编译期间而非运行期间完成复杂的逻辑计算和数据操作。这种技术的核心思想就是利用C++的模板系统来模拟宏预处理器的功能，但比传统的宏预处理器更强大、更灵活。

模板元编程的优势在于，它能够在编译阶段就确定一些复杂的行为，而不需要在运行时进行判断和计算。这不仅可以减少运行时的开销，还可以帮助我们编写出更清晰、更易维护的代码。

在实践中，模板元编程常常用于解决一些非常复杂或者难以用普通编程手段解决的问题，例如类型推断、特例化选择、编译时计算等等。但它也有一些缺点，例如代码比较晦涩难懂，调试起来也比较困难。

问: 解释下C++中的引用类型，并给出一些使用场景。

引用类型是C++中的一个特殊类型，它是现有变量的一个别名或者代号。一旦声明了引用，就不能改变引用所绑定的对象，也就是说引用一旦绑定，就不能再绑定到其他对象上了。

使用引用的主要好处有以下几点：

可以直接操作引用所绑定的对象，不需要通过解引用操作符。
使用引用作为函数参数可以实现传址的效果，节省内存空间，同时还能改变实参的值。
返回引用可以使函数返回一个已经存在的对象，而不是复制一个新的对象。

使用场景：

作为函数参数，可以实现传址的效果，避免了大量的对象复制。
返回值也可以使用引用，让函数返回已经存在的对象，而不必每次都复制新的对象。
给现有的变量起个别名，便于阅读和理解代码。
在STL中广泛应用，例如迭代器就是一个引用类型。

总之，在适当的场景使用引用可以让我们的代码更加简洁、高效，同时也提高了代码的可读性和可维护性。

问: 在C++中，如何创建多态？

在C++中，要创建多态性可以通过以下步骤实现：

将基础类型的指针或者引用定义为一个共同的名字，并且向上转型为最顶层的基类的指针或者是引用；
在每一个派生类当中重新定义基础类中的虚函数；
最后通过基础类型的指针或者引用去调用虚函数，这样就能够根据具体的派生类类型来进行调用了。

这里的重点是要使用虚函数（virtul function），只有被声明为虚函数才能够实现多态性。并且多态性的实现需要通过动态绑定的方式才能够真正的达到效果。

另外需要注意的是：多态性是面向对象的重要特性之一，它的出现大大提升了代码的复用性和灵活性，让程序员能够更加方便地应对需求的变化。但是过多地使用多态性可能会导致代码结构变得过于复杂，增加理解和维护的成本，因此在使用时应当慎重考虑。

问: 解释下C++中的构造函数、析构函数和拷贝构造函数。

构造函数是在创建对象时自动调用的一种特殊的成员函数，主要用于初始化新创建的对象。它的名称与类名相同，并且没有返回类型。析构函数则是一个在类中跟构造函数类似的特殊功能的成员函数，用于清除对象占用的资源。而拷贝构造函数是当你想要创建一个已存在对象的新副本时使用的特殊构造函数。

它们的作用如下：

构造函数：用于初始化对象，通常是分配存储空间并设置对象的初始状态。
析构函数：在对象生命期结束时，析构函数负责回收或释放内存资源，如关闭文件或网络连接等。
拷贝构造函数：用于创建类的新实例，并从已存在的实例中复制数据。

在C++中，这三种函数是非常重要的，因为它们能够帮助我们在创建对象的时候进行正确的初始化，并且在不再需要对象的时候进行合理的清理。这也使得我们的程序更加健壮，不会出现资源泄露等问题。

问: C++中的STL(Standard Template Library)是什么？它包含了哪些组件？

STL是Standard Template Library的缩写，也叫做标准模板库，是C++标准库的一部分，包含了一系列可以重用的容器、算法和函数模版，为开发人员提供了大量的工具，能够极大地简化C++开发工作。STL具有跨平台兼容性，易于移植，适合于各种场合，同时也是C++语言中的一种重要部分。

STL的主要组件包括：

容器(Container)：STL容器主要是数据结构，如vector、list、queue等。
迭代器(Iterator)：迭代器是用来遍历容器元素的工具，就像指针一样。
算法(Algorithms)：算法是对容器中的元素进行操作的函数模板，例如sort排序算法、find查找算法等。
仿函数(Functors)：类似于函数指针，但拥有更强大的功能。
适配器(Adapter)：可以给容器加上不同的接口，以满足不同需求。

每个组件都有其独特的用途，组合使用可以极大的提升开发效率，减少重复工作，提高代码质量。

问: 如何在C++中使用智能指针来管理内存？

C++中的智能指针是一种特殊的指针，它的特点是能够自动管理其所指向的对象的生命周期。智能指针主要包括：std::auto_ptr、std::unique_ptr、std::shared_ptr 和 std::weak_ptr。

std::auto_ptr: 自动释放所有权，不能进行拷贝和赋值操作。
std::unique_ptr: 对象只有一个唯一的拥有者，当拥有者被删除时，会自动释放对象的资源。
std::shared_ptr: 支持多个拥有者，当最后一个拥有者消失时，会自动释放资源。
std::weak_ptr: 不是真正的拥有者，只是观察者。

以下是一个简单的例子：

#include <memory>

int main() {
    std::unique_ptr<int> p(new int(5));  // 创建了一个唯一的智能指针p
    std::cout << "value: " << *p << std::endl;  // 输出: value: 5

    // 当p生命周期结束后，指向的对象会被自动删除
}

使用智能指针来管理内存的优点是可以有效防止内存泄漏，以及野指针等问题。