C++八股文（编译与链接1）

1. C++ 的多文件项目如何组织代码和头文件？

1. 目录结构组织按功能模块划分目录，通常包括 include（头文件）、src（源文件）、lib（库文件）、test（测试文件）等目录，保持清晰的层次结构。

2. 头文件与源文件分离头文件放置类声明、函数原型、常量定义，源文件放置具体实现，一个类对应一对 .h 和 .cpp 文件。

3. 使用命名空间避免冲突为项目创建独特的命名空间，不同模块可以使用嵌套命名空间，避免全局命名空间污染。

4. 减少头文件依赖能用前置声明就不要 include 完整头文件，将实现细节放在源文件中，头文件只暴露必要的接口。

5. 统一的包含路径管理使用相对路径或配置编译器的 include 路径，避免硬编码绝对路径，便于项目移植和团队协作。

2. C++ 中的前向声明（Forward Declaration）是什么？

1. 定义前向声明是只声明类名或函数名，不提供完整定义，告诉编译器该类型存在，但不需要知道其具体结构。

2. 使用场景当只需要使用类的指针或引用时，不需要完整的类定义，只需前向声明即可，比如函数参数、返回值、类成员指针。

3. 优势减少头文件之间的依赖关系，加快编译速度，避免循环引用问题，降低代码耦合度。

4. 限制不能用于需要知道类大小的场景，比如定义类的对象成员、使用类的成员函数、继承类等情况必须包含完整定义。

3. C++ 中如何链接静态库和动态库？

1. 静态库链接编译时使用 -l 参数指定库名（去掉 lib 前缀和 .a 后缀），使用 -L 指定库路径，库代码会被复制到可执行文件中。

2. 动态库链接同样使用 -l 和 -L 参数，但库代码不会复制到可执行文件，运行时需要通过 LD_LIBRARY_PATH（Linux）或 PATH（Windows）找到动态库。

3. 链接顺序静态库的链接顺序很重要，被依赖的库要放在后面，动态库顺序相对宽松，但也要注意依赖关系。

4. 运行时加载动态库还可以通过 dlopen（Linux）或 LoadLibrary（Windows）在运行时动态加载，实现插件机制。

4. C++ 中如何通过 extern 修饰符引用外部变量？

1. 声明与定义分离在头文件中使用 extern int globalVar; 声明变量，在某一个源文件中定义 int globalVar = 10;，其他文件包含头文件即可使用。

2. 避免重复定义extern 只是声明不分配内存，多个文件可以包含同一个 extern 声明，但只能有一个文件包含实际定义，否则链接时会报重复定义错误。

3. const 变量的特殊性const 变量默认是内部链接的，要跨文件共享必须显式使用 extern，在声明和定义处都要加 extern。

4. C/C++ 混合编程使用 extern "C" 告诉编译器按 C 的方式处理符号，避免 C++ 的名称修饰，使 C 和 C++ 代码能够互相调用。

5. 如何解决链接器错误 undefined reference？

1. 检查函数实现确认声明的函数是否有对应的实现，检查函数签名是否完全一致，包括参数类型、const 修饰、命名空间等。

2. 确认库文件链接检查是否链接了包含该符号的库，使用 -l 参数添加缺失的库，使用 -L 指定库的搜索路径。

3. 检查编译单元确认包含实现的源文件是否参与了编译，检查 Makefile 或 CMakeLists.txt 是否包含了所有必要的源文件。

4. C/C++ 混用问题如果调用 C 库函数，确保使用了 extern "C"，如果 C++ 代码要被 C 调用，也要用 extern "C" 包裹。

5. 模板实例化问题模板函数和模板类的实现必须放在头文件中，或者显式实例化，否则链接时找不到具体的实例。

6. C++ 中的 attribute((constructor)) 和 attribute((destructor)) 有何作用？

1. constructor 的作用标记的函数会在 main 函数执行之前自动调用，在程序启动时执行初始化工作，比全局对象的构造函数更早执行。

2. destructor 的作用标记的函数会在 main 函数返回之后、程序退出之前自动调用，用于清理资源，比全局对象的析构函数更晚执行。

3. 使用场景适用于库的初始化和清理、日志系统的启动和关闭、性能统计、插件系统的注册等需要在程序启动或退出时自动执行的操作。

4. 优先级控制可以指定优先级参数，数字越小优先级越高，constructor 按优先级从小到大执行，destructor 按相反顺序执行。

5. 可移植性这是 GCC 和 Clang 的扩展特性，不是标准 C++，MSVC 使用不同的机制（#pragma section），跨平台项目需要注意兼容性。

7. C++ 中如何使用 static_assert 进行编译时断言检查？

1. 基本用法static_assert(条件表达式, "错误信息"); 在编译时检查条件，如果条件为 false，编译失败并显示错误信息。

2. 类型检查常用于检查类型属性，比如 static_assert(sizeof(int) == 4, "int must be 4 bytes"); 或使用 type_traits 检查类型特性。

3. 模板参数验证在模板中验证模板参数是否满足要求，比如检查类型是否可拷贝、是否是整数类型、大小是否符合预期等。

4. 与 assert 的区别assert 是运行时检查，有运行时开销且可以被禁用，static_assert 是编译时检查，零运行时开销，错误在编译阶段就能发现。

8. C++ 中的 linker 错误如何调试？

1. 仔细阅读错误信息链接器会明确指出哪个符号未定义或重复定义，记下完整的符号名称，包括命名空间和参数类型信息。

2. 使用符号查看工具Linux 使用 nm 命令查看目标文件或库中的符号，Windows 使用 dumpbin /symbols，确认符号是否存在以及链接类型。

3. 检查链接命令确认所有必要的库都在链接命令中，检查库的顺序是否正确，静态库的依赖库要放在后面。

4. 验证编译选项一致性确保所有编译单元使用相同的编译选项，特别是调试/发布模式、C++ 标准版本、ABI 相关选项要一致。

5. 逐步排查从简单的测试开始，逐步添加代码和依赖，定位是哪个模块或库导致的问题，使用 verbose 模式查看详细的链接过程。

9. C++ 中使用 -fPIC 编译选项有什么作用？

1. 位置无关代码PIC（Position Independent Code）生成的代码可以加载到内存的任意位置执行，不依赖于固定的内存地址。

2. 动态库的必需选项编译动态库（.so 文件）时必须使用 -fPIC，因为动态库会被多个进程共享，每个进程加载的地址可能不同。

3. 性能影响PIC 代码会有轻微的性能损失，因为需要通过 GOT（Global Offset Table）间接访问全局变量和函数，但现代处理器上影响很小。

4. 静态库的选择静态库通常不需要 -fPIC，但如果静态库要被链接到动态库中，就必须用 -fPIC 编译，否则链接会失败。

10. C++ 中动态库的符号表（Symbol Table）是什么？

1. 定义符号表记录了动态库中所有导出的函数、变量、类等符号的名称、地址、类型等信息，是链接器和加载器查找符号的依据。

2. 符号可见性默认情况下所有符号都是导出的，可以使用 __attribute__((visibility("hidden"))) 隐藏符号，或使用 -fvisibility=hidden 编译选项。

3. 符号冲突如果多个动态库有同名符号，可能导致符号冲突，加载器会使用先加载的库的符号，可能导致难以调试的问题。

4. 查看和管理使用 nm -D 查看动态库的符号表，使用 strip 命令删除调试符号减小库文件大小，使用版本脚本控制符号的导出。

5. 名称修饰C++ 会对符号进行名称修饰（name mangling）以支持函数重载，使用 c++filt 可以将修饰后的符号还原为可读形式。