嵌入式软件常用面试题汇总之 C/C++ 语言相关(2)

C/C++之指针相关的面试题汇总

对校招来说这部分考的非常频繁，应届生务必要熟悉！！

1.指针与引用的区别

• 初始化要求不同：引用在创建的同时必须初始化，就是它必须引用到一个有效的对象；而指针在定义的时候不必初始化，可以在定义后面的任何地方重新赋值。
• 可修改性不同：引用一旦被初始化为指向一个对象，它就不能被改变为另一个对象的引用；而指针在任何时候都可以改变为指向另一个对象。给引用赋值并不是改变它和原始对象的绑定关系
• 不存在NULL引用：引用不能使用指向空值的引用，它必须总是指向某个对象；而指针则可以是NULL，不需要总是指向某些对象，可以把指针指向任意的对象，所以指针更加灵活，也更容易出错。
• 测试需求区别：由于引用不会指向空值，这意味着使用引用之前不用测试它是否合法；而指针则需要经常进行测试。因此使用引用的代码效率比使用指针的要高。
• 应用的区别：如果我们想要一旦指向一个对象就不再改变指向，那么应该使用引用。如果有存在指向NULL（不指向任何对象）或在不同的时刻指向不同的对象这些可能性，应该使用指针。

总体来说，引用既具有指针的效率，又具有变量使用的方便性和直观性。

2.野指针是指什么？如何避免？

野指针就是访问了不该访问的内存或者访问了已经释放的内存，野指针的成因主要有两种：

• 指针变量没有被初始化，任何指针变量刚被创建时不会自动生成NULL指针。它的默认值是随机的，它会乱指一气。所以，指针变量在创建的同时应当被初始化，要么将指针设置为NULL，要么让它指向合法的内存
• 指针p被free或者delete之后，没有置为NULL，让人误以为p是一个合法的指针。free或者delete只是把指针所指的内存给释放掉，但是并没有把指针本身给干掉，用调试器跟踪可以发现p被free之后其地址仍然不变（非NULL），只是改地址对应的内存是垃圾，p成了野指针。如果此时不把p设置为NULL，会让人误以为p是一个合法的指针，如果程序比较长，我们有时记不住p所指向的内存是否已经被释放，在继续使用p之前，通常会用语句if(p!= NULL)进行防错处理，很遗憾，此时if语句起不到防错作用，因为即便p不是NULL指针，也不指向合法的内存块

我们在编写程序的时候养成良好的编程习惯就能避免野指针的出现：

• 凡定义的指针变量初始化为NULL
• 指针变量被free或delete之后将其值赋为NULL
• if（ptr == NULL） 使用之前先判断

3.写出数组指针的定义，指针数组的定义，函数指针的定义，指针函数的定义，函数指针数组的定义

• 数组指针：int (*p)[ ];（一个指向数组的指针）
• 指针数组：int *p[ ];（一个数组，数组内存放着指针）
• 函数指针：int (*p)(int);（一个指向函数地址的指针）
• 指针函数：int* p(int); （一个返回指针的函数）
• 函数指针数组：int (*p[ ])(int);（一个数组，数组内存放着指向函数地址的指针）

4.区别下函数指针和指针函数，分别怎么定义和使用？

函数指针：

• 函数指针是指向函数的指针，它存储了函数的地址。
• 声明函数指针时，需要指定函数的返回类型和参数列表，以便与函数的类型匹配。
• 通过函数指针可以调用相应的函数。

声明形式如下：
returnType (*pointerName)(parameterTypes);

// 声明一个函数指针，指向返回值为int，参数为两个int的函数
int (*funcPtr)(int, int);

// 初始化函数指针，使其指向某个函数
funcPtr = &add;

// 使用函数指针调用函数
int result = (*funcPtr)(10, 20);

指针函数：

• 是一个函数，其返回值是指针类型。
• 指针函数的声明形式与普通函数类似，只是其返回值是指针类型。
• 指针函数可以返回指向不同类型的指针，具体返回何种类型的指针取决于函数的实现。
• 使用指针函数时，需要注意返回的指针是否有效，以避免悬挂指针等问题。

// 声明一个指针函数，返回值为int*
int* pointerFunction(int x) {
    // 函数实现
    return new int(x);
}

// 调用指针函数
int* ptr = pointerFunction(10);

5.指针与数组的区别和联系？

指针（Pointer）和数组（Array）是 C 和 C++ 中两种不同的数据类型。

联系：

• 指针和数组都可以用来存储一组相同类型的数据。
• 指针可以指向数组的第一个元素，也可以通过指针算术运算来遍历数组的所有元素。
• 数组名本身也可以被视为指向数组第一个元素的指针，即数组名是数组首元素的地址。
• 指针和数组都支持下标运算符 [] 来访问元素。
• 对于指针来说，使用 *(ptr + i) 或 ptr[i] 都可以访问第 i 个元素。
• 对于数组来说，直接使用 array[i] 即可访问第 i 个元素。
• 在函数参数传递中，数组名会被隐式转换为指向数组首元素的指针。
• 当数组作为函数参数传递时，实际上传递的是数组首元素的地址，而不是整个数组的拷贝。

区别：

• 数据类型：
• 指针是一个变量，用来存储内存地址，可以指向任意类型的数据。
• 数组是一个集合，存储一系列相同类型的数据，其大小在编译时确定。
• 内存分配：
• 指针需要显式地进行内存分配和释放，可以使用 new 和 delete 运算符动态分配内存。
• 数组的内存分配是静态的，在编译时就已经确定了大小，并且分配的内存空间在程序运行期间不会改变。
• 语法操作：
• 指针可以进行指针算术运算，可以通过指针进行间接访问内存。
• 数组名不能进行指针算术运算，它只是一个常量指针，指向数组首元素的地址，不能被修改。
• 参数传递：
• 指针作为函数参数时，可以传递空指针，也可以修改指针指向的对象。
• 数组作为函数参数时，会被隐式地转换为指向数组首元素的指针，函数无法获取数组的大小。

6.按值传递与按地址传递的区别

按值传递参数：按值传递参数时，是将实在参数的值复制一个形式参数中，如果在调用过程中改变了形式参数的值，不会影响实在参数本身，即实在参数保持调用前的值不变。

按地址传递：按地址传递参数时，把实在参数的地址传送给被调用过程，形式参数和实在参数共用内存的同一地址。在被调用过程中，形式参数的值一旦改变，相应实参的值也跟着改变。

7.指针的强制类型转换

可以使用强制类型转换来将指针从一种类型转换为另一种类型，一般经常用的有如下的方法。

C 风格的强制类型转换：

int* ptr = new int;
float* floatPtr = (float*)ptr;

reinterpret_cast：该运算符用于将指针转换为其他指针类型，通常用于不同类型之间的指针转换，例如指针和整数之间的转换。但要注意，reinterpret_cast 并不检查转换的安全性，因此可能会导致未定义的行为

int* ptr = new int;
float* floatPtr = reinterpret_cast<float*>(ptr);

static_cast：用于执行具有明确定义的类型转换，通常用于基本类型之间的转换或者向上或向下的类继承关系转换。与 reinterpret_cast 相比，static_cast 更安全，因为它只能进行已定义的转换。

int num = 10;
double convertedNum = static_cast<double>(num);

8.C++的智能指针是什么？

智能指针是一种 C++语言特有的指针，它是对常规指针的封装，提供了自动内存管理的功能，能够在对象不再被使用时自动释放其所占用的内存，避免了手动管理内存所带来的错误和麻烦。智能指针的设计思想是资源管理类（RAII）的一种应用，通过将对象的生命周期与智能指针的生命周期绑定，实现对对象的自动管理。

C++标准库提供了几种智能指针，其中最常用的是std::unique_ptr和std::shared_ptr。

std::unique_ptr：

• 是一种独占所有权的智能指针，它确保动态分配的内存只有一个指针可以访问，并且在指针离开作用域时自动释放其所管理的内存。
• 禁止拷贝和赋值操作，因此不支持多个指针共享同一块内存。
• 通常用于在函数中传递和返回动态分配的对象，以确保内存的正确释放。

std::shared_ptr：

• 是一种共享所有权的智能指针，允许多个指针共享动态分配的内存，内存会在所有指针都释放后才会被释放。
• 使用引用计数来跟踪内存的使用情况，当引用计数为零时，表示没有指针在管理内存，内存会被释放。
• 允许拷贝和赋值操作，因此可以多个指针共享同一块内存。

除了这两种常用的智能指针外，C++标准库还提供了std::weak_ptr，它是std::shared_ptr的弱引用，用于解决循环引用的问题。

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