C++八股文（编译与链接）

1. 头文件和源文件如何组织？

头文件 (.h/.hpp) 的职责：

• 类的声明
• 函数原型
• 常量定义
• 模板定义
• 内联函数定义

源文件 (.cpp/.cc) 的职责：

• 函数的具体实现
• 类成员函数的实现
• 全局变量的定义
• 静态变量的定义

组织原则：

• 一个类对应一对 .h 和 .cpp 文件
• 头文件使用 include guard 或 #pragma once 防止重复包含
• 头文件只放声明，源文件放实现
• 能用前置声明就不要 include 完整头文件
• 修改源文件不会触发依赖该头文件的其他文件重新编译

2. #define 和 const 有什么区别？

处理阶段：

• #define 在预处理阶段进行文本替换，编译器看不到宏名
• const 在编译阶段处理，有类型检查

类型安全：

• #define 没有类型，只是文本替换
• const 有明确类型，编译器会进行类型检查

作用域：

• #define 没有作用域概念，定义后全局生效
• const 有作用域限制，可以是局部或全局

调试：

• #define 调试时只能看到替换后的值
• const 调试器可以显示变量名和值

内存：

• #define 不占用内存空间
• const 占用内存空间（可能被编译器优化）

3. inline 函数和宏有什么区别？

宏的特点：

• 简单的文本替换，没有语法检查
• 容易产生副作用，如 #define SQUARE(x) x*x 调用 SQUARE(a+1) 会展开为 a+1*a+1
• 没有类型检查
• 无法调试，不能设置断点
• 不遵守作用域规则

inline 函数的特点：

• 真正的函数，有完整的类型检查
• 不会有宏的副作用问题
• 可以设置断点调试
• 遵守作用域和访问控制规则
• 可以作为类成员函数
• inline 只是建议，编译器决定是否真正内联

性能：

• 两者都旨在减少函数调用开销
• 复杂函数即使声明 inline 也可能不会内联
• 现代编译器会自动优化，不必过度使用 inline

4. 如何使用命名空间避免名称冲突？

命名空间的作用：

• 组织代码，将相关功能逻辑分组
• 避免全局命名空间污染
• 解决不同库之间的同名问题
• 提供代码的逻辑层次结构

使用方式：

1. 完全限定名：std::vector<int> v; 明确指定命名空间
2. using 声明：using std::cout; 引入特定名称
3. using 指令：using namespace std; 引入整个命名空间
4. 嵌套命名空间：namespace company::project::module 创建层次结构
5. 匿名命名空间： 限制符号在当前文件内可见，替代 static

注意事项：

• 头文件中避免 using namespace，防止污染包含该头文件的代码
• 源文件中可以适度使用 using 声明
• 为项目创建独特的命名空间，避免与标准库或第三方库冲突

5. 静态链接与动态链接有何区别？

静态链接：

• 编译时将库代码复制到可执行文件中
• 可执行文件体积大，但独立运行
• 不依赖外部库文件，部署简单
• 库更新需要重新编译整个程序
• 多个程序使用同一库会占用更多磁盘和内存

动态链接：

• 运行时加载共享库（.dll/.so）
• 可执行文件体积小
• 多个程序共享库代码，节省内存和磁盘空间
• 库更新后无需重新编译程序
• 需要确保运行环境有正确版本的库

选择依据：

• 独立部署、避免依赖问题：静态链接
• 节省空间、方便更新：动态链接
• 性能敏感场景：静态链接略快
• 插件系统、模块化设计：动态链接

6. 如何调试链接错误？

常见链接错误类型：

1. 未定义引用（Undefined Reference）

• 原因：声明了函数但没有实现，或者没有链接包含实现的库
• 解决：检查函数实现是否存在，添加缺失的库文件

2. 重复定义（Multiple Definition）

• 原因：同一符号在多个源文件中定义
• 解决：使用 extern、inline、static 或匿名命名空间

3. 找不到库文件

• 原因：库路径配置错误或库文件不存在
• 解决：检查链接器搜索路径，确认库文件位置

4. 符号不匹配

• 原因：声明和定义的签名不一致，或者 C/C++ 混用时缺少 extern "C"
• 解决：确保声明和定义完全一致，C 函数用 extern "C" 包裹

调试方法：

• 仔细阅读错误信息，定位具体符号
• 检查所有源文件是否都参与编译
• 验证库文件是否正确链接
• 使用 nm（Linux）或 dumpbin（Windows）查看符号表
• 检查链接顺序
• 确认编译选项一致（调试/发布模式）

7. extern 关键字如何避免符号重定义？

extern 的作用：

• 声明变量或函数在其他地方定义，不分配存储空间
• 允许多个文件共享全局变量
• 用于 C/C++ 混合编程（extern "C"）

避免重定义的方式：

• 在头文件中使用 extern int globalVar; 进行声明
• 在一个源文件中使用 int globalVar = 10; 进行定义
• 其他源文件包含头文件后可以使用该变量，不会产生重复定义

C/C++ 混合编程：

• extern "C" 告诉编译器使用 C 链接规范
• 避免 C++ 的名称修饰（name mangling）
• 使 C++ 代码能调用 C 库，或让 C 代码调用 C++ 函数

注意事项：

• extern 只是声明，必须在某处有实际定义
• const 变量默认是内部链接，需要显式 extern 才能跨文件
• extern 不能用于初始化，初始化即为定义

8. static 变量在头文件中的作用是什么？

static 的不同含义：

1. 文件作用域的 static（全局变量/函数）

• 限制符号只在当前编译单元可见
• 每个包含该头文件的源文件都有独立副本
• 避免链接冲突，但会增加代码体积

2. 函数内的 static 局部变量

• 生命周期延长到程序结束
• 只初始化一次，保持状态
• C++11 起保证线程安全初始化

3. 类成员的 static

• 属于类而非对象，所有实例共享
• 必须在类外定义（const static 整型除外）
• 可以在没有对象时访问

头文件中使用 static 的问题：

• 每个包含该头文件的源文件都会生成独立副本
• 增加可执行文件大小
• 不同编译单元的 static 变量是不同的实例
• 现代 C++ 推荐用匿名命名空间或 inline 变量（C++17）替代

9. #pragma once 和 #include guards 有什么区别？

#include guards：

#ifndef HEADER_NAME_H
#define HEADER_NAME_H
// 头文件内容
#endif

• 标准 C/C++ 特性，所有编译器支持
• 需要手动确保宏名唯一
• 编译器每次都要处理整个文件
• 可移植性最好

#pragma once：

#pragma once
// 头文件内容

• 编译器指令，非标准但广泛支持
• 自动避免重复包含，无需手动命名
• 编译速度可能更快
• 某些边缘情况下可能失效（符号链接、网络文件系统）

选择：

• 现代项目推荐 #pragma once，简洁高效
• 需要极致可移植性时用 include guards
• 两者可以同时使用
• 大型项目中 #pragma once 可显著提升编译速度

10. 头文件的依赖关系如何避免循环引用？

循环引用的问题：

• A.h 包含 B.h，B.h 又包含 A.h
• 导致编译错误或类型不完整
• 即使有 include guards 也会导致问题

解决方案：

1. 前置声明（Forward Declaration）

• 只声明类名，不包含完整定义
• 适用于指针、引用类型的成员或参数
• 减少编译依赖，加快编译速度

2. 重新设计类关系

• 检查是否真的需要双向依赖
• 考虑引入第三个类或接口
• 使用依赖注入或观察者模式

3. 将实现移到源文件

• 头文件只放声明和前置声明
• 源文件中包含完整头文件
• 减少头文件之间的直接依赖

4. 使用 Pimpl 惯用法

• 将实现细节隐藏在源文件中
• 头文件只包含指向实现的指针
• 完全解耦接口和实现

5. 合并相关类

• 如果两个类紧密耦合，考虑合并
• 或者将一个类作为另一个的内部类