啊C啊C我爱你-4

C++软件与嵌入式软件面经解析大全（蒋豆芽的秋招打怪之旅）

本章讲解点

• 1.1 熟悉的陌生人——main函数

• 1.2 If else——易错细节分辨

• 1.3 Switch、break——相爱相杀的故事

• 1.4 For、while、do-while——傻傻分不清楚

• 1.5 枚举

• 1.6 结构体与共用体

• 1.7 函数——原来你是这样的函数

• 1.8 全局变量与静态变量详解

• 1.9 数据类型详解

• 1.10 类型转换

• 1.11 谁先谁后——把人搞疯的优先级

• 1.12 震惊——位运算还可以这样用

• 1.13 面试技巧讲解

• 1.14 数组指针与指针数组

• 1.15 指针与字符串

• 1.16 指针与函数

• 1.17 指针与结构体

• 1.18 内存布局

• 1.19 野指针与内存泄露

• 1.20 野指针与内存申请

• 1.21 内存碎片

受众：本教程适合于C/C++已经入门的学生或人士，有一定的编程基础。

本教程适合于互联网、嵌入式软件求职的学生或人士。

故事背景

蒋 豆 芽：小名豆芽，芳龄十八，蜀中人氏。卑微小硕一枚，科研领域苟延残喘，研究的是如何炒好一盘豆芽。与大多数人一样，学习道路永无止境，间歇性踌躇满志，持续性混吃等死。会点编程，对了，是面对对象的那种。不知不觉研二到找工作的时候了，同时还在忙论文，豆芽都秃了，不过豆芽也没头发啊。

隔壁老李：大名老李，蒋豆芽的好朋友，技术高手，代码女神。给了蒋豆芽不少的人生指导意见。

导 师：蒋豆芽的老板，研究的课题是每天对豆芽嘘寒问暖。

故事引入

隔壁老李：（嗝~~）豆芽，中午的满汉全席不错哈！

蒋 豆 芽：（哭唧唧）我一个月的生活费没了。

隔壁老李：没事，豆芽，吃人嘴软，学知识包在我身上了！我们继续讲内存布局。

1.18 内存布局

隔壁老李：谈到指针，又不得不提很重要的内容，那就是内存管理。说到内存管理，我们要先讲内存布局模型。

蒋 豆 芽：（疑惑）内存布局模型又是个啥？

隔壁老李：豆芽，你知道C语言如何申请内存吗？

蒋 豆 芽：这个简单！C语言通过malloc和calloc函数、用realloc调整内存空间大小，而C++中用的new申请内存空间。

隔壁老李：那我问问你，动态申请内存是在堆还是栈上？局部变量申请内存空间又是在哪里申请呢？它们各自的生命周期又是如何的呢？

蒋 豆 芽：emmm，这个我就不知道了诶。

隔壁老李：所以我们就很有必要讲讲内存布局模型了。理解好变量的生存周期和内存分布很有必要，这会帮助我们深刻理解变量的使用，比如变量的作用域到哪里，在什么时候销毁，要是本来内存就销毁了，而我们还去使用，是不是就会出现运行错误？

蒋 豆 芽：变量的生存周期我知道！变量从定义开始分配存储单元，到运行结束存储单元被回收，整个过程称为变量的生存周期。

隔壁老李：（会心一笑）不错啊，豆芽，那我们就开始讲讲变量的内存布局模型。

如上图，从低地址到高地址，一个程序由代码段、数据段、BSS段、堆栈段组成。

1. 代码段：存放程序执行代码的一块内存区域。只读，不允许修改，代码段的头部还会包含一些只读的常量，如字符串常量字面值（注意：const变量虽然属于常量，但是本质还是变量，不存储于代码段）。

2. 数据段data：存放程序中已初始化的全局变量和静态变量的一块内存区域。

3. BSS 段：存放程序中未初始化的全局变量和静态变量的一块内存区域。

4. 可执行程序在运行时又会多出两个区域：堆区和栈区。

   堆区：动态申请内存用。堆从低地址向高地址增长。

   栈区：存储局部变量、函数参数值。栈从高地址向低地址增长。是一块连续的空间。

5. 最后还有一个文件映射区（共享区），位于堆和栈之间。

为了直观说明，我们通过一个例子：

（1）首先，A * a：a是一个局部变量，类型为指针，故而操作系统在栈区开辟4或8字节的空间（0x000m）分配给指针a。

（2）new A：通过new动态的在堆区申请类A大小的空间（0x000n）。

（3）a = new A：将指针a的内存区域填入堆中类A申请到的地址。即*（0x000m）=0x000n。

（4）a->i：先找到指针a的地址0x000m，通过* a的值0x000n和i在类A中偏移offset，得到a->i的地址（0x000n+offset），进行*(0x000n+offset) = 10的赋值操作，即内存（0x000n+offset）存储的值是10。

蒋 豆 芽：（恍然大悟）哦，原来是这样。明白了内存分布，我突然想通了很多问题了呀！难怪函数不能返回局部栈数组，因为函数运行完后局部数组就回收了。

隔壁老李：没错，所以内存分布模型很重要，你要好好掌握。我们再来看看一个例子，你看看下面的代码，变量a的生存周期是多少？

#include <stdio.h>  
using namespace std;  
double cylinder(double r, double h) {  
    r = 1.1; h = 2.2;//改变形参值    
    static int a = 3;  
    return 1.0;  
}  
int main() {  
    double radius = 3.2;  
    double height = 4.2;  
    double volume = cylinder(radius, height);  
    return 0;  
}  

蒋 豆 芽：这个我就知道了。static变量是专门存储在数据段或BSS段里，会持续到程序结束为止，所以即使函数执行完了也不影响变量a。而局部变量是存储在栈中，而函数结束后，由操作系统回收栈，那么局部变量内存空间也就被释放了。而常量在代码段里也有专门存储的地方。所以把变量存储的内存分布搞懂后，很多面试问题也就迎刃而解了。

隔壁老李：bingo！豆芽，看样子你学会了！

蒋 豆 芽：（一脸嬉笑）是啊，快学废了。

1.19 野指针与内存泄露

隔壁老李：（敲脑袋）好好听讲！而指针和内存管理就关联很大。

C语言中在堆中申请内存用的malloc和calloc函数、用realloc调整内存空间大小，而C++中用的new申请内存空间，都是以指针变量操作的，如果不了解内存管理，就会出现各种问题，比如野指针、内存泄露。

这里我们就讲讲野指针、内存泄露的问题。

野指针就是指针指向的位置是不可知的（随机的、不正确的、没有明确限制的）

野指针不同于空指针，空指针是指一个指针的值为null，而野指针的值并不为null，野指针会指向一段实际的内存，只是它指向哪里我们并不知情，或者是它所指向的内存空间已经被释放，所以在实际使用的过程中，我们并不能通过指针判空去识别一个指针是否为野指针。避免野指针只能靠我们自己养成良好的编程习惯。

蒋 豆 芽：那老李，有哪些情况下会产生野指针，以及怎样避免呢？

隔壁老李：有以下情况，我们仔细讲。

（1）指针变量的值未被初始化： 声明一个指针的时候，没有显示的对其进行初始化，那么该指针所指向的地址空间是乱指一气的。如果指针声明在全局数据区，那么未初始化的指针缺省为空，如果指针声明在栈区，那么该指针会随意指向一个地址空间。

void func(){
    int *ptr;    // 野指针
    if (ptr != nullptr) { //这里的判空并不起作用
        ……do_somthing
    }
}

（2）指针所指向的地址空间已经被free或delete：在堆上malloc或者new出来的地址空间，如果已经free或delete，那么此时堆上的内存已经被释放，但是指向该内存的指针如果没有人为的修改过，那么指针还会继续指向这段堆上已经被释放的内存，这时还通过该指针去访问堆上的内存，就会造成不可预知的结果，给程序带来隐患。

void func(){
    char *p = (char *)malloc(sizeof(char)*100);  
    s