TB-C/C++

1.main函数之前之后执行的代码

  • 设置栈指针
  • 初始化静态变量和全局变量（.data段内容，已初始化且不为0）
  • 赋初值（.bss段内容，未初始化的全局变量和静态变量）
  • 传参（argc,argv）
  • atexit()   在vs2010上没有效果
#include <iostream>
#include <stdio.h>
using namespace std;

int f() {
    printf("before\n");
    return 0;
}

void f2()
{
    printf("EXIT!\n");
}

int a = f();

int main() {
    atexit(exit_1);
    printf("main\n");
    return 0;
}

before
main

2.结构体内存对齐

C++11引入两个关键字：

alignof:计算类型的对齐方式

alignas:指定结构体的对齐方式

// alignas 生效的情况

struct Info {
  uint8_t a;
  uint16_t b;
  uint8_t c;
};

std::cout << sizeof(Info) << std::endl;   // 6  2 + 2 + 2
std::cout << alignof(Info) << std::endl;  // 2

struct alignas(4) Info2 {
  uint8_t a;
  uint16_t b;
  uint8_t c;
};

std::cout << sizeof(Info2) << std::endl;   // 8  4 + 4
std::cout << alignof(Info2) << std::endl;  // 4


struct alignas(4) Info2 {
  uint8_t a;
  uint16_t b;
};

std::cout << sizeof(Info2) << std::endl;   // 4
std::cout << alignof(Info2) << std::endl;  // 4
// alignas 失效的情况

struct Info {
  uint8_t a;
  uint32_t b;
  uint8_t c;
};

std::cout << sizeof(Info) << std::endl;   // 12  4 + 4 + 4
std::cout << alignof(Info) << std::endl;  // 4

struct alignas(2) Info2 {
  uint8_t a;
  uint32_t b;
  uint8_t c;
};

std::cout << sizeof(Info2) << std::endl;   // 12  4 + 4 + 4
std::cout << alignof(Info2) << std::endl;  // 4

若alignas小于自然对齐的最小单位，则被忽略。
如果想使用单字节对齐的方式，使用alignas是无效的。应该使用#pragma pack(push,1)或者使用__attribute__((packed))。

#if defined(__GNUC__) || defined(__GNUG__)
  #define ONEBYTE_ALIGN __attribute__((packed))
#elif defined(_MSC_VER)
  #define ONEBYTE_ALIGN
  #pragma pack(push,1)
#endif

struct Info {
  uint8_t a;
  uint32_t b;
  uint8_t c;
} ONEBYTE_ALIGN;

#if defined(__GNUC__) || defined(__GNUG__)
  #undef ONEBYTE_ALIGN
#elif defined(_MSC_VER)
  #pragma pack(pop)
  #undef ONEBYTE_ALIGN
#endif

std::cout << sizeof(Info) << std::endl;   // 6 1 + 4 + 1
std::cout << alignof(Info) << std::endl;  // 1

#if defined(__GNUC__) || defined(__GNUG__)
  #define ONEBYTE_ALIGN __attribute__((packed))
#elif defined(_MSC_VER)
  #define ONEBYTE_ALIGN
  #pragma pack(push,1)
#endif

/**
* 0 1   3     6   8 9            15
* +-+---+-----+---+-+-------------+
* | |   |     |   | |             |
* |a| b |  c  | d |e|     pad     |
* | |   |     |   | |             |
* +-+---+-----+---+-+-------------+
*/
struct Info {
  uint16_t a : 1;
  uint16_t b : 2;
  uint16_t c : 3;
  uint16_t d : 2;
  uint16_t e : 1;
  uint16_t pad : 7;
} ONEBYTE_ALIGN;

#if defined(__GNUC__) || defined(__GNUG__)
  #undef ONEBYTE_ALIGN
#elif defined(_MSC_VER)
  #pragma pack(pop)
  #undef ONEBYTE_ALIGN
#endif

std::cout << sizeof(Info) << std::endl;   // 2
std::cout << alignof(Info) << std::endl;  // 1


位段是通过结构体来实现的一种以位（bit位）为单位的数据存储结构，它可以把数据以位的形式紧凑的储存，并允许程序员对此结构的位进行操作。由此可以看出，位段是一种节省空间的用法。位段的声明与结构体类似，但有两点不同：
1.位段的成员必须是整型家族的成员（char、int、unsigned int、signed int……）
2.位段的成员后面有一个冒号和一个数字

注意：位段每一个成员冒号后面的数字，代表该成员在内存中占用的二进制位大小。就如这里的成员a占用2个bit位，成员d占用30个bit位。而且要记住冒号后面数字的大小是不能超过前面成员类型大小的。

3.指针和引用的区别

  • 指针是一个变量，存储的是一个地址，引用跟原来的变量实质上是同一个东西，是原变量的别名
  • 指针可以有多级，引用只有一级
  • 指针可以为空，引用不能为NULL且在定义时必须初始化
  • 指针在初始化后可以改变指向，而引用在初始化之后不可再改变
  • sizeof指针得到的是本指针的大小，sizeof引用得到的是引用所指向变量的大小
  • 当把指针作为参数进行传递时，也是将实参的一个拷贝传递给形参，两者指向的地址相同，但不是同一个变量，在函数中改变这个变量的指向不影响实参，而引用却可以。
  • 引用本质是一个指针，同样会占4字节内存；指针是具体变量，需要占用存储空间（，具体情况还要具体分析）。
  • 引用在声明时必须初始化为另一变量，一旦出现必须为typename refname &varname形式；指针声明和定义可以分开，可以先只声明指针变量而不初始化，等用到时再指向具体变量。
  • 引用一旦初始化之后就不可以再改变（变量可以被引用为多次，但引用只能作为一个变量引用）；指针变量可以重新指向别的变量。
  • 不存在指向空值的引用，必须有具体实体；但是存在指向空值的指针。
void test(int *p)
{
　　int a=1;
　　p=&a;
　　cout<<p<<" "<<*p<<endl;
}

int main(void)
{
    int *p=NULL;
    test(p);
    if(p==NULL)
    cout<<"指针p为NULL"<<endl;
    return 0;
}
//运行结果为：
//0x22ff44 1
//指针p为NULL


void testPTR(int* p) {
	int a = 12;
	p = &a;

}

void testREFF(int& p) {
	int a = 12;
	p = a;

}
void main()
{
	int a = 10;
	int* b = &a;
	testPTR(b);//改变指针指向，但是没改变指针的所指的内容
	cout << a << endl;// 10
	cout << *b << endl;// 10

	a = 10;
	testREFF(a);
	cout << a << endl;//12
}

指针常量(int* const p):在指针常量中，指针自身的值是一个常量，不可改变，始终指向同一个地址。在定义的同时必须初始化。

常量指针(const int *p, int const *p):在常量指针中，指针指向的内容是不可改变的，指针看起来好像指向了一个常量。

int main() {
    int m = 10;
    const int n = 20; // 必须在定义的同时初始化
 
    const int *ptr1 = &m; // 指针指向的内容不可改变
    int * const ptr2 = &m; // 指针不可以指向其他的地方
 
    ptr1 = &n; // 正确
    ptr2 = &n; // 错误，ptr2不能指向其他地方
 
    *ptr1 = 3; // 错误，ptr1不能改变指针内容
    *ptr2 = 4; // 正确
 
    int *ptr3 = &n; // 错误，常量地址不能初始化普通指针吗，常量地址只能赋值给常量指针
    const int * ptr4 = &n; // 正确，常量地址初始化常量指针
 
    int * const ptr5; // 错误，指针常量定义时必须初始化
    ptr5 = &m; // 错误，指针常量不能在定义后赋值
 
    const int * const ptr6 = &m; // 指向“常量”的指针常量，具有常量指针和指针常量的特点，指针内容不能改变，也不能指向其他地方，定义同时要进行初始化
    *ptr6 = 5; // 错误，不能改变指针内容
    ptr6 = &n; // 错误，不能指向其他地方
 
    const int * ptr7; // 正确
    ptr7 = &m; // 正确
 
    int * const ptr8 = &n;
    *ptr8 = 8;
 
    return 0;
}
判断下面对错，并说明理由

int main()
{
    char * const str = "apple";
    * str = "orange";
    cout << str << endl;
    getchar();
}

错误

"apple"是字符串常量放在常量区，str指向"apple"，那么str指向的是字符串常量"apple"的首地址，也就是字符a的地址，因此str指向字符a，*str就等于字符a，对*str的修改就是对字符串首字符a的修改，但"apple"是一个字符串常量，常量的值不可修改。

根据字符串赋值规则，可以修改整个字符串，方法是对指向字符串的指针str进行赋值，如下：

str = "orange";

但依旧是错误的，在该赋值语句中，系统会在常量区一块新的空间写入字符串"orange"并返回其首地址，此时str由指向字符串常量"apple"的首地址变为指向字符串常量"orange"的首地址，str指向的地址发生了变化，但str是指针常量不能被修改，所以错误。

如果想要程序编译通过，就不能将str声明为指针常量，否则str在初始化之后就无法修改。因此将const修饰符去掉，并修改字符串赋值语句，修改后程序如下：

int main()
{
    char * str = "apple";
    str = "orange";
    cout << str << endl;
    getchar();
}

4.传递函数参数什么时候使用指针，什么时候使用引用

  • 需要返回函数内局部变量的内存的时候用指针。使用指针传参需要开辟内存，用完要记得释放指针，不然会内存泄漏。而返回局部变量的引用是没有意义的

  • 对栈空间大小比较敏感（比如递归）的时候使用引用。使用引用传递不需要创建临时变量，开销要更小

  • 类对象作为参数传递的时候使用引用，这是C++类对象传递的标准方式

5.堆和栈的区别

  • 申请方式不同
    • 栈由系统自动分配
    • 堆是自己申请和释放的
  • 申请大小限制不同
    • 栈顶和栈底是之前预设好的，栈是向栈底扩展，大小固定，可以通过ulimit-a 查看，由ulimit -s修改
    • 堆向高地址扩展，是不连续的内存区域，大小可以灵活调整
  • 申请效率不同
    • 栈由系统分配，速度快，不会有碎片
    • 堆由程序员分配，速度慢，会有碎片
  • 栈空间默认是4M，堆区一般是1G-4G

6.堆和栈哪个快

毫无疑问是栈快一点。

因为操作系统会在底层对栈提供支持，会分配专门的寄存器存放栈的地址，栈的入栈出栈操作也十分简单，并且有专门的指令执行，所以栈的效率比较高也比较快。

而堆的操作是由C/C++函数库提供的，在分配堆内存的时候需要一定的算法寻找合适大小的内存。并且获取堆的内容需要两次访问，第一次访问指针，第二次根据指针保存的地址访问内存，因此堆比较慢。

7.区别下面指针类型

  • int *p[10]表示指针数组，强调数组概念，是一个数组变量，数组大小为10，数组内每个元素都是指向int类型的指针变量。

  • int (*p)[10]表示数组指针，强调是指针，只有一个变量，是指针类型，不过指向的是一个int类型的数组，这个数组大小是10。

  • int *p(int)是函数声明，函数名是p，参数是int类型的，返回值是int *类型的。

  • int (*p)(int)是函数指针，强调是指针，该指针指向的函数具有int类型参数，并且返回值是int类型的。

8.new/delete与malloc/free的异同

相同点：都可以用于内存的动态申请和释放

不同点：

  • 前者是C++运算符，后者是C/C++语言标准库函数
  • new自动计算要分配的空间大小，malloc需要手工计算
  • new是类型安全的，malloc不是。例如：
int *p = new float[2]; //编译错误
int *p = (int*)malloc(2 * sizeof(double));//编译无错误
  • new调用名为operator new的标准库函数分配足够空间并调用相关对象的构造函数，delete对指针所指对象运行适当的析构函数；然后通过调用名为operator delete的标准库函数释放该对象所用内存。后者均没有相关调用
  • 后者需要库文件支持，前者不用
  • new是封装了malloc，直接free不会报错，但是这只是释放内存，而不会析构对象

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