千万不要错过的后端【纯干货】面试知识点整顿 I I

c++内存治理

上次分享整顿的面试知识点 I ， 明天咱们来持续分享面试知识点整顿 II

#include<stdio.h> int a;    //未初始化全局区 .bssint b=1;    //已初始化全局区  .datastatic int c=2;    //已初始化全局区  .dataconst int d=3;    //只读数据段，也叫文字常量区 ro.data, d的值不能被批改int main(void){    int e=4;    //栈区    static int f=5;    //已初始化全局区    const int g=6;    //栈区，不能通过变量名批改其值，但可通过其地址批改其值    int *p=malloc(sizeof(int))    //指针变量p在栈区，但其所指向的4字节空间在堆区    char *str="abcd";    //字符串“abcd”存在文字常量区，指针变量str在栈区，存的是“abcd”的起始地址    return 0;}

内存泄露及分类

内存透露，是因为忽略或谬误造成程序未能开释掉不再应用的内存。内存透露，并不是指内存内存再物理地址上的隐没，而是应用程序调配某段内存后，失去了对该段内存的管制，因此造成内存的节约。

• 个别状况是new/malloc 后，没有及时delete/free开释内存，判断为内存泄露
• linux中能够应用valgrind来检测内存透露

内存透露的分类：

• 堆内存透露 --- new/malloc 后 没有delete/free掉
• 系统资源透露 --- 零碎调配的资源，没有用指定的函数开释掉，导致系统资源的节约，重大影响零碎性能，如：socket，bitmap，handle
• 没有将父类的析构函数定义为虚函数 --- 父类指针指向子类对象的时候，开释内存的时候，若父类的析构函数不是virtual的话，子类的内存是不会失去开释的，因而会内存透露

c++中是如何解决内存透露的：

应用valgrind，mtrace来检测内存透露

防止内存透露：

1.事先预防型。如智能指针等。 2.预先查错型。如透露检测工具。

智能指针

应用智能指针，智能指针会主动删除被调配的内存，他和一般指针相似，只是不须要手动开释指针，智能指针本人治理内存开释，不必放心内存透露问题

智能指针有：

• auto_ptr
• unique_ptr
• shared_ptr
• weak_ptr

其中auto_ptr c++11曾经被弃用了

unique_ptr

独占的智能指针，只能有一个对象领有所有权，独占指针的是本人治理内存的，指针存在于栈空间，开拓的内存在堆空间，这里的堆空间是和智能指针绑定的，智能指针随着函数完结被销毁之前，智能指针会先去把堆外面的内存销毁

其中波及

• move函数 -- 能够应用move函数来转移所有权，转移所有权后，原来的指针就无权拜访
• reset函数 -- 能够用reset函数来重置所有权，会把之前的对象所有权开释掉，从新创立一个所有权对象
• make_unique -- 疾速的创立一个unique_ptr智能指针的对象 如 auto myptr = make_unique<person>();

如果心愿只有一个智能指针治理资源 就应用 unique_ptr

#include <iostream>#include <string>#include <memory>using namespace std;struct person{    ~person()    {        cout<<"~person"<<endl;    }    string str;};unique_ptr<person> test(){    return unique_ptr<person> (new person);}int main(){    //unique_ptr is ownership     unique_ptr<person> p = test();    p->str = "hello world";        unique_ptr<person> p2 = move(p);  //能够应用move函数来转移所有权，转移所有权后，原来的指针就无权拜访    if(!p)    {        cout<<"p == null" <<endl;    }    if(p2)    {        cout<<"p2 have ownership"<<endl;        cout<<p2->str<<endl;    }    p2.reset(new person);//能够用reset函数来重置所有权，会把之前的对象所有权开释掉，从新创立一个所有权对象    if(p2->str.empty())    {        cout<<"str is null"<<endl;    }      return 0; }

shared_ptr

共享的智能指针，shared_ptr应用援用计数（use_count办法），每个shared_ptr的拷贝都指向同一块内存，在最初一个shared_ptr被析构的时候，内存才会被开释

• shared_ptr 是援用计数的形式，应用use_count查看计数
• make_shared 快捷创立 shared_ptr

应用函数返回本人的shared_ptr时，须要继承enable_shared_from_this类，应用shared_from_this函数进行返回

注意事项：

• 不要将this指针作为返回值
• 要防止循环援用
• 不要再函数实参种创立shared_ptr，在调用函数之前先定义以及初始化它
• 不要用一个原始指针初始化多个shared_ptr

心愿多个指针治理同一个资源就应用shared_ptr

#include <iostream>#include <string>#include <memory>using namespace std;struct person    :enable_shared_from_this<person>{    string str;    void show()    {        cout<<str<<endl;    }    ~person()    {        cout<<"~person"<<endl;    }    shared_ptr<person> getshared()    {        return shared_from_this();    }};int main(){    #if 0    shared_ptr<person> ptr(new person);    cout<< ptr.use_count()<<endl;        shared_ptr<person> ptr2 = ptr;    cout<< ptr.use_count()<<endl;    shared_ptr<person> a = make_shared<person>();    cout<< a.use_count()<<endl;    a = ptr2;    cout<< ptr.use_count()<<endl;    shared_ptr<person> mm = a->getshared();        #endif    shared_ptr<person> ptr;    {        shared_ptr<person> ptr2(new person);        ptr2->str = "hello";                ptr = ptr2->getshared();            cout<< ptr.use_count()<<endl;    }    ptr->show();    return 0;}

weak_ptr

弱援用的智能指针

是用来监督shared_ptr的，不会应用计数器加1，也不会应用计数器减1，次要是为了监督shared_ptr的生命周期，更像是shared_ptr的一个助手。weak_ptr还能够用来返回this指针和解决循环援用的问题。

shared_ptr会有循环援用的问题 ，解决形式为 把类中的shared_ptr 换成 weak_ptr即可

struct ListNode{    std::shared_ptr<ListNode> _next;//std::weak_ptr<ListNode> _next; 就能够解决    std::shared_ptr<ListNode>  _prev;//std::weak_ptr<ListNode> _pre; 就能够解决        ~ListNode()    {        cout << "~ListNode()" << endl;    }};void test_shared_ptr_cycleRef(){    std::shared_ptr<ListNode> cur(new ListNode);    std::shared_ptr<ListNode> next(new ListNode);     cur->_next = next;    next->_prev = cur; }int main(){    test_shared_ptr_cycleRef();    system("pause");    return 0;}

例如上述代码案例

void shared_ptr_cycleRef(){    std::shared_ptr<LISTNODE> cur LISTNODE;    std::shared_ptr<LISTNODE> next LISTNODE;     cur->_next = next;     next->_pre = cur;}

Cur 和 next 存在循环援用，他们的援用计数都变为 2

出了作用域之后，cur 和 next 被销毁，援用计数减 1

因而要开释cur ， 就须要开释next 的 _pre，要开释next ， 就须要开释cur 的 _next

内存透露检测工具

valgrind内存检测工具

valgrind的官网网址是：http://valgrind.org

valgrind被设计成非侵入式的，它间接工作于可执行文件上，因而在查看前不须要从新编译、连贯和批改你的程序。要查看一个程序很简略

命令如下： valgrind --tool=tool_name program_name

• 做内存查看： valgrind --tool=memcheck ls -l
• 查看内存透露： valgrind --tool=memcheck --leak-check=yes ls -l

valgrind有如下几个工具：

memcheck

memcheck 探测程序中内存治理存在的问题。

它查看所有对内存的读/写操作，并截取所有的malloc/new/free/delete调用。因而memcheck工具可能探测到以下问题：

Memcheck 工具次要查看上面的程序谬误：

• 应用未初始化的内存 (Use of uninitialised memory)
• 应用曾经开释了的内存 (Reading/writing memory after it has been free’d)
• 应用超过 malloc调配的内存空间(Reading/writing off the end of malloc’d blocks)
• 对堆栈的非法拜访 (Reading/writing inappropriate areas on the stack)
• 申请的空间曾经开释开释，即内存透露 (Memory leaks – where pointers to malloc’d blocks are lost forever)
• malloc/free/new/delete申请和开释内存的匹配(Mismatched use of malloc/new/new [] vs free/delete/delete [])
• src和dst的重叠(Overlapping src and dst pointers in memcpy() and related functions)

cachegrind

cachegrind 是一个cache分析器。

它模仿执行CPU中的L1, D1和L2 cache，

因而它能很准确的指出代码中的cache未命中。

它能够打印出cache未命中的次数，内存援用和产生cache未命中的每一行 代码，每一个函数，每一个模块和整个程序的摘要。

若要求更粗疏的信息，它能够打印出每一行机器码的未命中次数。

在x86和amd64上， cachegrind通过CPUID主动探测机器的cache配置，所以在少数状况下它不再须要更多的配置信息了。

helgrind

helgrind查找多线程程序中的竞争数据。

helgrind查找内存地址，那些被多于一条线程拜访的内存地址，然而没有应用统一的锁就会被查出。这示意这些地址在多线程间拜访的时候没有进行同步，很可能会引起很难查找的时序问题。

产生段谬误的起因

• 应用野指针
• 试图对字符串常量进行批改

new和malloc的区别：

在申请内存时

• new是一个操作符，能够被重载，malloc是一个库函数
• new在申请内存的时候，会依照对象的数据结构分配内存，malloc调配指定的内存大小
• new申请内存时，会调用构造函数，malloc不会
• new申请内存时，返回对象的指针，malloc申请内存的时候，返回(void *) 因而须要强转
• 申请数组的时候，new[]，会一次性调配所有内存，调用多个构造函数，因而须要delete[]来销毁内存，调用屡次析构函数，而 malloc 只能sizeof(int)*n
• new申请内存失败，会抛bac_malloc异样， malloc申请失败则返回NULL
• malloc当调配的内存不够的时候，会应用realloc再次分配内存， new没有这样的机制。
• new调配的内存须要用delete开释，delete 会调用析构函数，malloc调配的内存须要free 函数开释

realloc的原理：

realloc是在C语言中呈现的，c++曾经摒弃realloc函数，realloc函数调配一块新内存的时候，会把原内存中的内存copy到新内存中，通过memmove的形式

共享内存相干的api

• shmget 新建共享内存
• shmat 连贯共享内存到以后地址空间
• shmdt 拆散共享内存
• shmctl 管制共享内存

c++ STL内存优化

c++11新个性：

关键字和语法

• auto关键字

编译器能够依据初始化来推导数据类型，不能用于函数传参和以及数组类型推导

• nullptr关键字

一种非凡类型的字面量，能够被转成任意的其余类型

• 初始化列表

初始化类的列表

• 右值援用

能够实现挪动语义和完满转发，打消两个对象交互时不必要的拷贝，节俭存储资源，提高效率

新增容器

• 新增STL array ，tuple、unordered_map,unordered_set

智能指针，内存治理

• 智能指针

新增 shared_ptr、weak_ptr用于内存治理

多线程

• atomic原子操作

用于多线程互斥

其余

• lamda表达式

能够通过捕捉列表拜访上下文的数据

• std::function std::bin d封装可执行对象

避免头文件反复援用：

#ifndef

作用：雷同的两个文件不会被反复蕴含。

长处：

• 受C/C++语言规范的反对，不受编译器的限度。
• 不仅仅局限于防止同一个文件被反复蕴含，也能防止内容完全相同的两个文件（或代码片段）被反复蕴含。

毛病：

• 如果不同头文件中的宏名恰好雷同，可能就会导致你看到头文件明明存在，编译器却说找不到申明的状况。
• 因为编译器每次都须要关上头文件能力断定是否有反复定义，因而在编译大型项目时，#ifndef会使得编译工夫绝对较长。

pragma once

作用：物理上的同一个文件不会被反复蕴含。

长处：

• 防止#ifndef中因为宏名雷同导致的问题。
• 因为编译器不须要关上头文件就能断定是否有反复定义，因而在编译大型项目时，比#ifndef更快。

毛病：

• \#pragma once只针对同一文件无效，对雷同的两个文件（或代码片段）应用有效
• \#pragma once不受一些较老版本的编译器反对，一些反对了的编译器又打算去掉它，所以它的兼容性可能不够好。

继承与组合

• 继承是面向对象三大基本特征之一(继承，封装，多态)，继承就是子类继承父类的特色和行为，使得子类对象（实例）具备父类的实例域和办法，或子类从父类继承办法，使得子类具备父类雷同的行为，继承强调的是is-a关系，是‘白盒式’的代码复用
• 组合是通过对现有对象进行拼装即组合产生新的具备更简单的性能，组合体现的是整体和局部，强调的是has-a的关系，是‘黑盒式’的代码复用

继承与组合应用场景

• 逻辑上B 是A 的“一种”（a kind of ）

继承 （如 男人 继承 人类）

• 逻辑上A 是B 的“一部分”（a part of）

组合（如 组合 眼 耳 口 鼻 -> 头）

继承与组合区别

• 在继承中，父类的外部细节对子类可见，其代码属于白盒式的复用，调的是is-a的关系，关系在编译期就确定
• 组合中，对象之间的外部细节不可见，其代码属于黑盒式复用。强调的是has-a的关系，关系个别在运行时确定

继承与组合优缺点

继承

长处：

• 反对扩大，通过继承父类实现，但会使系统结构较简单
• 易于批改被复用的代码

毛病：

• 代码白盒复用，父类的实现细节裸露给子类，毁坏了封装性
• 当父类的实现代码批改时，可能使得子类也不得不批改，减少保护难度。
• 子类不足独立性，依赖于父类，耦合度较高
• 不反对动静拓展，在编译期就决定了父类

组合

长处：

• 代码黑盒复用，被包含的对象外部实现细节对外不可见，封装性好。
• 整体类与部分类之间松耦合，互相独立。
• 反对扩大
• 每个类只专一于一项工作
• 反对动静扩大，可在运行时依据具体对象抉择不同类型的组合对象(扩展性比继承好)

毛病：

• 创立整体类对象时，须要创立所有部分类对象。导致系统对象很多。

函数指针的益处和作用：

益处：简化构造和程序通用性的问题，也是实现面向对象编程的一种路径

作用：

• 实现面向对象编程中的多态性
• 回调函数

inline函数与宏定义

inline函数是C++引入的机制，目标是解决应用宏定义的一些毛病。

为什么要引入内联函数（内联函数的作用）

用它代替宏定义，打消宏定义的毛病。

宏定义应用预处理器实现，做一些简略的字符替换因而不能进行参数有效性的检测。

• inline 相比宏定义有哪些优越处
• inline 函数代码是被放到符号表中，应用时像宏一样开展，没有调用的开销效率很高；
• inline 函数是真正的函数，所以要进行一系列的数据类型查看；
• inline 函数作为类的成员函数，能够应用类的爱护成员及公有成员；

inline函数应用的场合

• 应用宏定义的中央都能够应用 inline 函数；
• 作为类成员接口函数来读写类的公有成员或者爱护成员；

为什么不能把所有的函数写成 inline 函数

• 函数体内的代码比拟长，将导致内存耗费代价；
• 函数体内有循环，函数执行工夫要比函数调用开销大；
• 另外类的结构与析构函数不要写成内联函数。

内联函数与宏定义区别

• 内联函数在编译时开展，宏在预编译时开展；
• 内联函数间接嵌入到指标代码中，宏是简略的做文本替换；
• 内联函数有类型检测、语法判断等性能，而宏没有；
• inline 函数是函数，宏不是；
• 宏定义时要留神书写（参数要括起来）否则容易呈现歧义，内联函数不会产生歧义；

总结

• 分享了内存治理，内存泄露，智能指针
• 内存泄露检测工具
• 代码中产生段谬误的起因
• 内存优化
• 其余小知识点

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好了，本次就到这里，下一次 GO的并发编程分享

技术是凋谢的，咱们的心态，更应是凋谢的。拥抱变动，背阴而生，致力向前行。

我是小魔童哪吒，欢送点赞关注珍藏，下次见~