北京心影随行科技有限公司 C++ 一面 面经

1. C++中深拷贝和浅拷贝的区别是什么？

答案：

浅拷贝只复制对象的成员变量值，如果成员是指针，只复制指针的地址。这会导致多个对象的指针指向同一块内存，当一个对象析构释放内存后，其他对象的指针就变成了悬空指针，再次访问会导致程序崩溃。

深拷贝不仅复制成员变量的值，还会为指针成员重新分配内存并复制内容。每个对象拥有独立的内存空间，互不影响。实现深拷贝需要自定义拷贝构造函数和赋值运算符。

什么时候必须使用深拷贝：类中包含指针成员、动态分配的资源（如文件句柄、网络连接）、需要管理资源生命周期的情况。

根据C++的三五法则，如果需要自定义析构函数、拷贝构造函数、拷贝赋值运算符中的任何一个，通常需要自定义全部三个（C++11还包括移动构造函数和移动赋值运算符）。

2. C++中有哪些常用的锁？分别适用于什么场景？

答案：

mutex（互斥锁）：最基本的锁，同一时刻只允许一个线程持有。适用于保护临界区资源，防止数据竞争。

recursive_mutex（递归锁）：允许同一线程多次获取同一把锁，内部维护计数器。适用于递归函数或相互调用的函数中需要加锁的场景。

shared_mutex（读写锁）：允许多个读者同时访问，或一个写者独占访问。读读不互斥，读写互斥，写写互斥。适用于读多写少的场景，可以提高并发性能。

timed_mutex（定时锁）：在指定时间内尝试获取锁，超时则放弃。可以避免无限期等待，防止死锁。

spin_lock（自旋锁）：通过忙等待获取锁，不会让出CPU。适合锁持有时间极短（微秒级）的场景，避免线程切换开销。

lock_guard：RAII机制的锁管理器，构造时加锁，析构时自动解锁。简单安全，但不能手动控制。

unique_lock：比lock_guard更灵活的锁管理器，支持延迟加锁、手动加锁解锁、条件变量、所有权转移等。

选择建议：简单场景用mutex+lock_guard，需要灵活控制用unique_lock，递归调用用recursive_mutex，读多写少用shared_mutex，极短临界区用spin_lock。

3. STL容器中哪些存在线程安全问题？如何解决？

答案：

STL标准库中的所有容器（vector、list、map、set、queue等）都不是线程安全的。

不安全的原因包括：多线程同时读写导致数据竞争、一个线程修改容器导致其他线程的迭代器失效、vector扩容时可能导致其他线程访问无效内存、容器的size和capacity等内部状态可能不同步。

解决方案：

方案一：使用互斥锁保护容器的所有访问操作。每次读写容器前加锁，操作完成后解锁。

方案二：使用读写锁优化性能。读操作使用shared_lock允许多个线程同时读，写操作使用unique_lock独占访问。适合读多写少的场景。

方案三：使用线程安全的容器库，如Intel TBB的concurrent_vector和concurrent_hash_map，或Boost的lockfree容器。

方案四：每个线程使用独立的容器（thread_local），最后合并所有线程的结果。这种方式无需加锁，性能最好。

方案五：使用无锁编程技术，通过原子操作实现无锁数据结构。但这需要深入理解内存模型，实现难度较高。

最佳实践：优先使用成熟的线程安全容器库，读多写少场景使用读写锁，尽量减小锁的粒度和持有时间，避免在持有锁时调用外部函数。

4. 常用的设计模式有哪些？分别解决什么问题？

答案：

单例模式：确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点。应用场景包括配置管理器、日志系统、数据库连接池、线程池等。实现时需要注意线程安全问题，C++11的静态局部变量可以保证线程安全的懒汉式单例。

工厂模式：封装对象创建过程，解耦对象的创建和使用。简单工厂通过参数决定创建哪种对象，工厂方法将创建逻辑延迟到子类。应用场景包括根据配置创建不同类型对象、数据库驱动选择、日志记录器选择、图形界面组件创建等。

观察者模式：定义对象间一对多的依赖关系，当一个对象状态改变时，所有依赖者都会收到通知并自动更新。应用场景包括GUI事件处理系统、MVC架构中Model和View的关系、消息订阅系统、股票价格监控等。

策略模式：定义一系列算法，将每个算法封装起来，使它们可以互相替换。应用场景包括排序算法选择、压缩算法选择、支付方式选择、路径规划算法等。策略模式比继承更灵活，可以在运行时动态切换算法。

装饰器模式：动态地给对象添加额外的职责，比继承更灵活。应用场景包括IO流的层层包装、GUI组件添加滚动条和边框、日志增强添加时间戳和级别、HTTP请求响应处理添加认证和加密等。

适配器模式：将一个类的接口转换成客户期望的另一个接口，使原本接口不兼容的类可以一起工作。应用场景包括第三方库接口适配、旧系统接口兼容、数据格式转换、不同数据库驱动的统一接口等。

这些设计模式的核心思想是面向接口编程、依赖倒置、开闭原则，可以提高代码的可维护性、可扩展性和复用性。

5. HTTP协议的工作原理是什么？常见状态码有哪些？

答案：

HTTP是超文本传输协议，是应用层协议，基于请求-响应模式，无状态。默认端口HTTP是80，HTTPS是443。

工作流程：首先建立TCP连接（三次握手），然后客户端发送HTTP请求，服务器处理请求并返回HTTP响应，最后关闭连接（四次挥手）或保持连接（Keep-Alive）。

HTTP请求包括请求行（方法、URL、版本）、请求头（Host、User-Agent、Cookie等）、空行、请求体。常用方法有GET获取资源、POST提交数据、PUT更新资源、DELETE删除资源、HEAD获取响应头等。

HTTP响应包括状态行（版本、状态码、原因短语）、响应头（Content-Type、Set-Cookie等）、空行、响应体。

常见状态码：

1xx信息性状态码：100 Continue表示客户端应继续发送请求，101 Switching Protocols表示切换协议如WebSocket。

2xx成功状态码：200 OK请求成功，201 Created资源创建成功，204 No Content成功但无返回内容，206 Partial Content部分内容用于断点续传。

3xx重定向状态码：301 Moved Permanently永久重定向搜索引擎会更新索引，302 Found临时重定向，304 Not Modified资源未修改使用缓存。

4xx客户端错误：400 Bad Request请求语法错误，401 Unauthorized未认证需要登录，403 Forbidden已认证但无权限，404 Not Found资源不存在，405 Method Not Allowed请求方法不被允许，429 Too Many Requests请求过于频繁被限流。

5xx服务器错误：500 Internal Server Error服务器内部错误，502 Bad Gateway网关错误上游服务器响应无效，503 Service Unavailable服务不可用可能在维护或过载，504 Gateway Timeout网关超时。

HTTP/1.1支持持久连接，HTTP/2支持多路复用和头部压缩，HTTP/3基于QUIC协议使用UDP传输彻底解决队头阻塞问题。HTTPS是HTTP加上SSL/TLS加密，可以防止窃听和篡改，但需要CA证书且性能略低。

6. 网络编程中的select、poll、epoll有什么区别？

答案：

这三个都是IO多路复用技术，用于单个线程监控多个文件描述符的IO事件，避免为每个连接创建线程，适合高并发服务器。

select的特点：使用fd_set位图存储文件描述符，有数量限制通常是1024。每次调用需要将fd_set从用户空间拷贝到内核空间，内核遍历所有fd检查是否就绪，返回就绪的fd数量，用户还需要再次遍历找出具体哪些fd就绪，时间复杂度O(n)。而且fd_set在每次调用后会被修改，需要重新设置。优点是跨平台，Windows、Linux、Unix都支持。

poll的改进：使用pollfd结构体数组存储文件描述符，没有数量限制。不会修改events字段，无需重新设置。但仍需要拷贝pollfd数组到内核，仍需要遍历所有fd，时间复杂度O(n)。不支持Windows。