C++八股文（基础知识篇2）

1. 什么是内联函数（inline）？

• 定义：用inline关键字修饰的函数，建议编译器在调用处展开函数体，而不是进行常规的函数调用
• 优点：消除函数调用开销（压栈、跳转、返回），提高执行效率，特别适合小型、频繁调用的函数
• 缺点：代码膨胀，如果函数体较大或调用次数多，会增加可执行文件大小
• 注意事项：inline只是建议，编译器可能忽略；递归函数、虚函数通常不会内联；类内定义的成员函数默认是inline
• 使用场景：getter/setter、简单的数学运算、循环内的小函数

2. 如何定义和使用常量表达式（constexpr）？

• 定义：C++11引入，表示值可以在编译期计算的常量表达式
• constexpr变量：constexpr int SIZE = 100; 必须用常量表达式初始化，可用于数组大小等需要编译期常量的地方
• constexpr函数：constexpr int square(int x) { return x * x; } 如果参数是常量，编译期求值；否则运行期执行
• 与const区别：const只保证不可修改，constexpr保证编译期可求值。constexpr隐含const
• C++14增强：constexpr函数可以包含多条语句、局部变量、循环等
• 使用场景：性能优化、模板元编程、编译期计算

3. 类型转换（static_cast、dynamic_cast、const_cast、reinterpret_cast）有什么区别？

• static_cast：编译期检查的类型转换，用于基本类型转换、类层次结构中的上行转换（派生类→基类）、显式构造函数调用。不能去除const，不做运行期检查
• dynamic_cast：运行期类型检查，用于类层次结构中的安全下行转换（基类→派生类）。要求基类有虚函数，转换失败返回nullptr（指针）或抛异常（引用）
• const_cast：唯一能去除或添加const/volatile属性的转换。常用于调用非const函数但不想修改对象时
• reinterpret_cast：最危险的转换，重新解释内存位模式，用于指针与整数、不同类型指针间转换。不做任何检查，完全依赖程序员
• 使用原则：优先用static_cast，需要运行期检查用dynamic_cast，避免使用reinterpret_cast

4. typedef 和 using 有何区别？

• 基本功能：都用于类型别名。typedef int* IntPtr; 和 using IntPtr = int*; 等价
• 语法清晰度：using语法更直观，特别是函数指针：using FuncPtr = void(*)(int); vs typedef void(*FuncPtr)(int);
• 模板别名：using支持模板别名（C++11），typedef不支持。template<typename T> using Vec = std::vector<T>;
• 作用域：两者作用域规则相同
• 推荐：现代C++推荐using，语法更清晰统一

5. explicit 关键字有何作用？

• 作用：防止单参数构造函数的隐式类型转换
• 问题场景：class String { String(int size); }; 可能导致 String s = 10; 这种意外的隐式转换
• 解决方案：explicit String(int size); 禁止隐式转换，必须显式调用 String s(10);
• 适用范围：单参数构造函数、转换运算符（C++11）
• 最佳实践：除非明确需要隐式转换（如智能指针转bool），否则单参数构造函数都应该加explicit
• 好处：避免意外的类型转换，提高代码安全性和可读性

6. mutable 关键字是什么？

• 作用：允许const成员函数修改被mutable修饰的成员变量
• 使用场景：缓存、计数器、互斥锁等逻辑上不改变对象状态但需要修改的成员
• 示例：mutable int accessCount; 在const函数中可以 accessCount++;
• 设计理念：区分逻辑常量性（对外接口不变）和物理常量性（内存不变）
• 典型应用：延迟计算、线程同步（mutable std::mutex mtx;）、调试信息
• 注意：不要滥用，只用于确实不影响对象逻辑状态的成员

7. 什么是命名空间（namespace），如何使用它？

• 定义：将全局作用域划分为不同的命名区域，避免命名冲突
• 声明：namespace MyLib { class MyClass {}; }
• 使用方式：①完全限定 MyLib::MyClass obj; ②using声明 using MyLib::MyClass; ③using指令 using namespace MyLib;（不推荐）
• 嵌套命名空间：namespace A::B::C {} (C++17简化语法)
• 匿名命名空间：namespace {} 替代static，实现文件内部链接
• std命名空间：标准库都在std中，避免污染全局空间
• 最佳实践：头文件避免using指令，实现文件可以局部使用

8. 模板（Template）是什么？

• 定义：泛型编程的基础，允许编写与类型无关的代码，编译期生成具体类型的代码
• 函数模板：template<typename T> T max(T a, T b) { return a > b ? a : b; }
• 类模板：template<typename T> class Vector { T* data; };
• 特化：为特定类型提供特殊实现。全特化和偏特化
• 模板参数：类型参数、非类型参数（整数、指针等）、模板模板参数
• 优点：代码复用、类型安全、性能优化（编译期展开）
• 缺点：编译时间长、错误信息复杂、代码膨胀
• STL基础：容器、算法、迭代器都基于模板实现

9. 什么是编译时和运行时多态？

• 编译时多态（静态多态）：通过函数重载、模板实现，编译期确定调用哪个函数。性能高，无运行时开销，但灵活性较低
• 运行时多态（动态多态）：通过虚函数和继承实现，运行期通过虚函数表（vtable）确定调用。灵活，支持动态绑定，但有虚函数调用开销
• 实现机制：编译时多态靠名称修饰和模板实例化；运行时多态靠虚函数指针和动态绑定
• 使用场景：编译时多态用于性能敏感、类型已知的场景；运行时多态用于需要动态扩展、插件系统等
• 现代趋势：C++20的concepts增强了编译时多态的表达能力

10. inline 函数和宏（macro）有什么不同？

• 类型安全：inline函数有类型检查，宏是文本替换，没有类型检查
• 调试：inline函数可以调试、设断点，宏展开后难以调试
• 作用域：inline函数遵循作用域规则，宏无视作用域
• 副作用：宏可能导致参数多次求值 #define MAX(a,b) ((a)>(b)?(a):(b)) 如果a是i++会执行两次；inline函数参数只求值一次
• 返回值：inline函数有明确的返回类型，宏没有
• 命名空间：inline函数可以在命名空间中，宏不能
• 性能：两者都能消除函数调用开销，但inline更可控
• 结论：现代C++应该用inline函数或constexpr替代宏，宏只用于条件编译