华是科技 C++ 机器人方向 一面 面经

1. 详细介绍一下你的项目经历，重点说说技术难点和解决方案

参考答案：

我做过一个基于Qt的图像处理系统项目，主要用于工业视觉检测。系统需要实时采集相机图像，进行图像处理和缺陷检测，然后将结果显示在界面上并保存数据。

技术难点主要有三个方面。第一是性能优化，相机采集速度是30fps，每帧图像2MB，需要实时处理。我采用了多线程架构，图像采集、处理、显示分别在不同线程，通过线程安全的队列传递数据。使用OpenCV的并行计算接口加速图像处理算法，将处理时间从50ms降低到15ms。

第二是内存管理问题，频繁的图像分配释放导致内存碎片和性能下降。我实现了一个图像内存池，预先分配固定数量的图像缓冲区，使用时从池中获取，用完后归还。这样避免了频繁的内存分配，性能提升了40%。

第三是界面卡顿问题，图像处理在主线程会阻塞界面。我使用Qt的信号槽机制，将图像处理放到工作线程，处理完成后通过信号通知主线程更新界面。使用QImage的共享数据机制避免图像拷贝，提高了效率。

最终系统稳定运行，处理延迟控制在30ms以内，CPU占用率低于50%，满足了实时性要求。这个项目让我深入理解了多线程编程、性能优化、Qt框架的使用。

2. 谈谈C++11的右值引用和移动语义，在什么场景下使用？

答案：

右值引用使用&&声明，可以绑定到临时对象（右值）。移动语义允许资源从一个对象转移到另一个对象，而不是拷贝，避免了不必要的开销。

移动构造函数和移动赋值运算符是移动语义的核心。移动构造函数接受右值引用参数，将源对象的资源转移到新对象，然后将源对象置为有效但未定义的状态。移动赋值运算符类似，先释放当前对象的资源，再转移源对象的资源。

使用场景包括：函数返回大对象时，编译器会自动使用移动语义，避免拷贝。容器操作如push_back、insert时，传入右值会调用移动构造。使用std::move显式将左值转换为右值，强制使用移动语义。智能指针unique_ptr只能移动不能拷贝，转移所有权时必须使用移动。

在我的项目中，图像数据是大对象，我为图像类实现了移动构造函数和移动赋值运算符。在函数返回图像、容器存储图像时，都使用移动语义，避免了大量的内存拷贝，性能提升明显。使用std::move将图像从一个队列转移到另一个队列，不需要拷贝数据。

3. 详细讲讲Qt的信号槽机制，底层是如何实现的？

答案：

Qt的信号槽机制是一种对象间通信的方式，当某个事件发生时，对象发射信号，连接到该信号的槽函数会被自动调用。这种机制实现了对象间的松耦合，发送者不需要知道接收者的具体信息。

信号使用signals关键字声明，槽函数使用slots关键字声明。通过connect函数建立信号和槽的连接，可以是一对一、一对多、多对一的关系。信号可以连接到信号，实现信号的转发。槽函数可以是普通成员函数、静态函数、Lambda表达式。

底层实现上，Qt使用元对象系统（Meta-Object System）。通过moc（Meta-Object Compiler）预处理器，扫描头文件中的Q_OBJECT宏，生成包含元信息的代码。每个QObject派生类都有一个QMetaObject对象，存储类的元信息如信号、槽、属性等。

信号发射时，Qt会查找连接表，找到所有连接到该信号的槽函数，然后依次调用。连接方式有直接连接（同线程直接调用）、队列连接（跨线程通过事件队列）、自动连接（根据线程自动选择）。跨线程的信号槽通过事件循环实现，保证了线程安全。

在我的项目中，图像采集线程发射imageReady信号，主线程的槽函数接收信号并更新界面。使用Qt::QueuedConnection确保跨线程安全。还使用Lambda表达式作为槽函数，代码更简洁。

4. 你在项目中是如何进行内存管理的？谈谈智能指针的使用

答案：

在C++项目中，内存管理是关键问题。我主要使用智能指针自动管理内存，避免内存泄漏和悬空指针。

unique_ptr实现独占所有权，同一时刻只能有一个unique_ptr指向对象。当unique_ptr销毁时，对象自动删除。unique_ptr不能拷贝只能移动，适合明确对象只有一个拥有者的场景。我在工厂函数返回对象时使用unique_ptr，确保资源管理清晰。

shared_ptr实现共享所有权，使用引用计数机制，多个shared_ptr可以指向同一对象。当最后一个shared_ptr销毁时，对象才被删除。shared_ptr可以拷贝和赋值，适合多个对象需要共享资源的场景。我在图像数据共享、回调函数中使用shared_ptr。

weak_ptr是shared_ptr的辅助指针，不增加引用计数，用于解决循环引用问题。使用weak_ptr时需要通过lock()方法获取shared_ptr，如果对象已销毁则返回空指针。我在观察者模式、缓存系统中使用weak_ptr避免循环引用。

对于频繁创建销毁的小对象，我使用对象池管理。预先分配一批对象，使用时从池中获取，用完后归还。这样避免了频繁的内存分配，提高了性能。对于大块内存如图像缓冲区，我使用内存池管理，减少内存碎片。

在Qt项目中，QObject的父子关系提供了自动内存管理。子对象的生命周期由父对象管理，父对象销毁时自动删除所有子对象。我在创建界面控件时充分利用这个机制，不需要手动delete。

5. 谈谈你对设计模式的理解，在项目中使用过哪些设计模式？

答案：

我在项目中主要使用了单例模式、工厂模式、观察者模式和MVC模式。

单例模式保证一个类只有一个实例，提供全局访问点。我在配置管理器、日志管理器中使用单例模式。使用C++11的局部静态变量实现线程安全的单例，代码简洁且高效。

工厂模式用于创建对象，将对象的创建和使用分离。我在图像处理算法的创建中使用工厂模式，根据配置文件中的算法类型创建对应的算法对象。这样新增算法时只需要添加新的子类和工厂方法，不需要修改现有代码。

观察者模式定义对象间的一对多依赖关系，当一个对象状态改变时，所有依赖它的对象都会收到通知。Qt的信号槽机制就是观察者模式的实现。我在数据模型和视图之间使用观察者模式，数据改变时自动更新界面。

MVC模式将应用分为模型（Model）、视图（View）、控制器（Controller）三部分。模型负责数据和业务逻辑，视图负