C++ 编译与底层

● 请你来说一下一个C++源文件从文本到可执行文件经历的过程?

参考回答:
对于C++源文件,从文本到可执行文件一般需要四个过程:

预处理阶段:对源代码文件中文件包含关系(头文件)、预编译语句(宏定义)进行分析和替换,生成预编译文件。

编译阶段:将经过预处理后的预编译文件转换成特定汇编代码,生成汇编文件

汇编阶段:将编译阶段生成的汇编文件转化成机器码,生成可重定位目标文件

链接阶段:将多个目标文件及所需要的库连接成最终的可执行目标文件

● 请你来回答一下include头文件的顺序以及双引号””和尖括号<>的区别?

参考回答:
Include头文件的顺序:对于include的头文件来说,如果在文件a.h中声明一个在文件b.h中定义的变量,而不引用b.h。那么要在a.c文件中引用b.h文件,并且要先引用b.h,后引用a.h,否则汇报变量类型未声明错误。
双引号和尖括号的区别:编译器预处理阶段查找头文件的路径不一样。

对于使用双引号包含的头文件,查找头文件路径的顺序为:

当前头文件目录

编译器设置的头文件路径(编译器可使用-I显式指定搜索路径)

系统变量CPLUS_INCLUDE_PATH/C_INCLUDE_PATH指定的头文件路径

对于使用尖括号包含的头文件,查找头文件的路径顺序为:

编译器设置的头文件路径(编译器可使用-I显式指定搜索路径)

系统变量CPLUS_INCLUDE_PATH/C_INCLUDE_PATH指定的头文件路径

● 请你回答一下malloc的原理,另外brk系统调用和mmap系统调用的作用分别是什么?

参考回答:
Malloc函数用于动态分配内存。为了减少内存碎片和系统调用的开销,malloc其采用内存池的方式,先申请大块内存作为堆区,然后将堆区分为多个内存块,以块作为内存管理的基本单位。当用户申请内存时,直接从堆区分配一块合适的空闲块。Malloc采用隐式链表结构将堆区分成连续的、大小不一的块,包含已分配块和未分配块;同时malloc采用显示链表结构来管理所有的空闲块,即使用一个双向链表将空闲块连接起来,每一个空闲块记录了一个连续的、未分配的地址。
当进行内存分配时,Malloc会通过隐式链表遍历所有的空闲块,选择满足要求的块进行分配;当进行内存合并时,malloc采用边界标记法,根据每个块的前后块是否已经分配来决定是否进行块合并。

Malloc在申请内存时,一般会通过brk或者mmap系统调用进行申请。其中当申请内存小于128K时,会使用系统函数brk在堆区中分配;而当申请内存大于128K时,会使用系统函数mmap在映射区分配。

● 请你说一说C++的内存管理是怎样的?

参考回答:
在C++中,虚拟内存分为代码段、数据段、BSS段、堆区、文件映射区以及栈区六部分。
代码段:包括只读存储区和文本区,其中只读存储区存储字符串常量,文本区存储程序的机器代码

数据段:存储程序中已初始化的全局变量静态变量

bss 段:存储未初始化的全局变量和静态变量(局部+全局),以及所有被初始化为0的全局变量和静态变量

堆区:调用new/malloc函数时在堆区动态分配内存,同时需要调用delete/free来手动释放申请的内存。

映射区:存储动态链接库以及调用mmap函数进行的文件映射

栈:使用栈空间存储函数的返回地址参数局部变量返回值

● 请你来说一下什么时候会发生段错误

参考回答:
段错误通常发生在访问非法内存地址的时候,具体来说分为以下几种情况:

使用野指针【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)指针变量在定义时如果未初始化】

试图修改字符串常量的内容

● 请你来回答一下什么是memory leak,也就是内存泄漏

参考回答:
内存泄漏(memory leak)是指由于疏忽或错误造成了程序未能释放掉不再使用的内存的情况。内存泄漏并非指内存在物理上的消失,而是应用程序分配某段内存后,由于设计错误,失去了对该段内存的控制,因而造成了内存的浪费。
内存泄漏的分类:

  1. 堆内存泄漏 (Heap leak)。对内存指的是程序运行中根据需要分配通过malloc,realloc new等从堆中分配的一块内存,再是完成后必须通过调用对应的 free或者delete 删掉。如果程序的设计的错误导致这部分内存没有被释放,那么此后这块内存将不会被使用,就会产生Heap Leak.

  2. 系统资源泄露(Resource Leak)。主要指程序使用系统分配的资源比如 Bitmap,handle ,SOCKET等没有使用相应的函数释放掉,导致系统资源的浪费,严重可导致系统效能降低,系统运行不稳定。

  3. 没有将基类的析构函数定义为虚函数。当基类指针指向子类对象时,如果基类的析构函数不是virtual,那么子类的析构函数将不会被调用,子类的资源没有正确是释放,因此造成内存泄露。

为了判断内存是否泄露,我们
一方面可以使用linux环境下的内存泄漏检查工具Valgrind,
另一方面我们在写代码时可以添加内存申请和释放的统计功能,统计当前申请和释放的内存是否一致,以此来判断内存是否泄露。

● 请你来回答一下new和malloc的区别

参考回答:
1、new分配内存按照数据类型进行分配,malloc分配内存按照指定的大小分配;
2、new返回的是指定对象的指针,而malloc返回的是void*,因此malloc的返回值一般都需要进行类型转化。

3、new不仅分配一段内存,而且会调用构造函数,malloc不会。

4、new分配的内存要用delete销毁,malloc要用free来销毁;delete销毁的时候会调用对象的析构函数,而free则不会。

5、new是一个操作符可以重载,malloc是一个库函数。

6、malloc分配的内存不够的时候,可以用realloc扩容。扩容的原理?new没用这样操作。

7、new如果分配失败了会抛出bad_malloc的异常,而malloc失败了会返回NULL。

8、申请数组时: new[]一次分配所有内存,多次调用构造函数,搭配使用delete[],delete[]多次调用析构函数,销毁数组中的每个对象。而malloc则只能sizeof(int) * n。

● 请你来说一下reactor模型组成

参考回答:
reactor模型要求主线程只负责监听文件描述上是否有事件发生,有的话就立即将该事件通知工作线程,除此之外,主线程不做任何其他实质性的工作,读写数据、接受新的连接以及处理客户请求均在工作线程中完成。

● 请自己设计一下如何采用单线程的方式处理高并发

参考回答:
在单线程模型中,可以采用I/O复用来提高单线程处理多个请求的能力,然后再采用事件驱动模型,基于异步回调来处理事件来

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