名企面试官精讲典型编程题之C++篇

名企面试官精讲典型编程题之C++篇

C++

国内绝大部分高校都开设C++的课程，因此绝大部分程序员都学过C++，于是C++成了各公司面试的首选编程语言。包括Autodesk在内的很多公司在面试的时候会有大量的C++的语法题，其他公司虽然不直接面试C++的语法，但面试题要求用C++实现算法。因此总的说来，应聘者不管去什么公司求职，都应该在一定程度上掌握C++。

通常语言面试有3种类型。第一种类型是面试官直接询问应聘者对C++概念的理解。这种类型的问题，面试官特别喜欢了解应聘者对C++关键字的理解程度。例如：在C++中，有哪4个与类型转换相关的关键字？这些关键字各有什么特点，应该在什么场合下使用？

在这种类型的题目中，sizeof是经常被问到的一个概念。比如下面的面试片段，就反复出现在各公司的技术面试中。

面试官：定义一个空的类型，里面没有任何成员变量和成员函数。对该类型求sizeof，得到的结果是多少？

应聘者：答案是1。

面试官：为什么不是0？

应聘者：空类型的实例中不包含任何信息，本来求sizeof应该是0，但是当我们声明该类型的实例的时候，它必须在内存中占有一定的空间，否则无法使用这些实例。至于占用多少内存，由编译器决定。Visual Studio中每个空类型的实例占用1字节的空间。

面试官：如果在该类型中添加一个构造函数和析构函数，再对该类型求sizeof，得到的结果又是多少？

应聘者：和前面一样，还是1。调用构造函数和析构函数只需要知道函数的地址即可，而这些函数的地址只与类型相关，而与类型的实例无关，编译器也不会因为这两个函数而在实例内添加任何额外的信息。

面试官：那如果把析构函数标记为虚函数呢？

应聘者：C++的编译器一旦发现一个类型中有虚拟函数，就会为该类型生成虚函数表，并在该类型的每一个实例中添加一个指向虚函数表的指针。在32位的机器上，一个指针占4字节的空间，因此求sizeof得到4；如果是64位的机器，一个指针占8字节的空间，因此求sizeof则得到8。

面试C/C++的第二种题型就是面试官拿出事先准备好的代码，让应聘者分析代码的运行结果。这种题型选择的代码通常包含比较复杂微妙的语言特性，这要求应聘者对C++考点有着透彻的理解。即使应聘者对考点有一点点模糊，那么最终他得到的结果和实际运行的结果可能就会差距甚远。

比如面试官递给应聘者一张有如下代码的A4打印纸要求他分析编译运行的结果，并提供3个选项：A．编译错误；B．编译成功，运行时程序崩溃；C．编译运行正常，输出10。

class A

{

private:

    int value;

 

public:

    A(int n) { value = n; }

    A(A other) { value = other.value; }

 

    void Print() { std::cout << value << std::endl; }

};

 

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])

{

    A a = 10;

    A b = a;

    b.Print();

 

    return 0;

}

在上述代码中，复制构造函数A(A other)传入的参数是A的一个实例。由于是传值参数，我们把形参复制到实参会调用复制构造函数。因此如果允许复制构造函数传值，就会在复制构造函数内调用复制构造函数，就会形成永无休止的递归调用从而导致栈溢出。因此C++的标准不允许复制构造函数传值参数，在Visual Studio和GCC中，都将编译出错。要解决这个问题，我们可以把构造函数修改为A(const A& other)，也就是把传值参数改成常量引用。

第三种题型就是要求应聘者写代码定义一个类型或者实现类型中的成员函数。让应聘者写代码的难度自然比让应聘者分析代码要高不少，因为能想明白的未必就能写得清楚。很多考查C++语法的代码题围绕在构造函数、析构函数及运算符重载。比如面试题1“赋值运算符函数”就是一个例子。

为了让大家能顺利地通过C++面试，更重要的是能更好地学习掌握C++这门编程语言，这里推荐几本C++的书，大家可以根据自己的具体情况选择阅读的顺序：

     《Effective C++》。这本书很适合在面试之前突击C++。这本书列举了使用C++经常出现的问题及解决这些问题的技巧。该书中提到的问题也是面试官很喜欢问的问题。

     《C++ Primer》。读完这本书，就会对C++的语法有全面的了解。

     《Inside C++ Object Model》。这本书有助于我们深入了解C++对象的内部。读懂这本书后很多C++难题，比如前面的sizeof的问题、虚函数的调用机制等，都会变得很容易。

     《The C++ Programming Language》。如果是想全面深入掌握C++，没有哪本书比这本书更适合的了。

面试题1：赋值运算符函数

题目：如下为类型CMyString的声明，请为该类型添加赋值运算符函数。

class CMyString

{

public:

    CMyString(char* pData = NULL);

    CMyString(const CMyString& str);

    ~CMyString(void);

        

private:

    char* m_pData;

};

当面试官要求应聘者定义一个赋值运算符函数时，他会在检查应聘者写出的代码时关注如下几点：

     是否把返回值的类型声明为该类型的引用，并在函数结束前返回实例自身的引用（即*this）。只有返回一个引用，才可以允许连续赋值。否则如果函数的返回值是void，应用该赋值运算符将不能做连续赋值。假设有3个CMyString的对象：str1、str2和str3，在程序中语句str1=str2=str3将不能通过编译。

     是否把传入的参数的类型声明为常量引用。如果传入的参数不是引用而是实例，那么从形参到实参会调用一次复制构造函数。把参数声明为引用可以避免这样的无谓消耗，能提高代码的效率。同时，我们在赋值运算符函数内不会改变传入的实例的状态，因此应该为传入的引用参数加上const关键字。

     是否释放实例自身已有的内存。如果我们忘记在分配新内存之前释放自身已有的空间，程序将出现内存泄露。

     是否判断传入的参数和当前的实例（*this）是不是同一个实例。如果是同一个，则不进行赋值操作，直接返回。如果事先不判断就进行赋值，那么在释放实例自身的内存的时候就会导致严重的问题：当*this和传入的参数是同一个实例时，那么一旦释放了自身的内存，传入的参数的内存也同时被释放了，因此再也找不到需要赋值的内容了。

 经典的解法，适用于初级程序员

当我们完整地考虑了上述4个方面之后，我们可以写出如下的代码：

CMyString& CMyString::operator =(const CMyString &str)

{

    if(this == &str)

        return *this;

 

    delete []m_pData;

    m_pData = NULL;

 

    m_pData = new char[strlen(str.m_pData) + 1];

    strcpy(m_pData, str.m_pData);

 

    return *this;

}

这是一般C++教材上提供的参考代码。如果接受面试的是应届毕业生或者C++初级程序员，能全面地考虑到前面四点并完整地写出代码，面试官可能会让他通过这轮面试。但如果面试的是C++高级程序员，面试官可能会提出更高的要求。

 考虑异常安全性的解法，高级程序员必备

在前面的函数中，我们在分配内存之前先用delete释放了实例m_pData的内存。如果此时内存不足导致new char抛出异常，m_pData将是一个空指针，这样非常容易导致程序崩溃。也就是说一旦在赋值运算符函数内部抛出一个异常，CMyString的实例不再保持有效的状态，这就违背了异常安全性（Exception Safety）原则。

要想在赋值运算符函数中实现异常安全性，我们有两种方法。一个简单的办法是我们先用new分配新内容再用delete释放已有的内容。这样只在分配内容成功之后再释放原来的内容，也就是当分配内存失败时我们能确保CMyString的实例不会被修改。我们还有一个更好的办法是先创建一个临时实例，再交换临时实例和原来的实例。下面是这种思路的参考代码：

CMyString& CMyString::operator =(const CMyString &str)

{

    if(this != &str)

    {

        CMyString strTemp(str);

 

        char* pTemp = strTemp.m_pData;

        strTemp.m_pData = m_pData;

        m_pData = pTemp;

    }

 

    return *this;

}

在这个函数中，我们先创建一个临时实例strTemp，接着把strTemp.m_pData和实例自身的m_pData做交换。由于strTemp是一个局部变量，但程序运行到if的外面时也就出了该变量的作用域，就会自动调用strTemp的析构函数，把strTemp.m_pData所指向的内存释放掉。由于strTemp.m_pData指向的内存就是实例之前m_pData的内存，这就相当于自动调用析构函数释放实例的内存。

在新的代码中，我们在CMyString的构造函数里用new分配内存。如果由于内存不足抛出诸如bad_alloc等异常，我们还没有修改原来实例的状态，因此实例的状态还是有效的，这也就保证了异常安全性。

如果应聘者在面试的时候能够考虑到这个层面，面试官就会觉得他对代码的异常安全性有很深的理解，那么他自然也就能通过这轮面试了。

  源代码：

本题完整的源代码详见01_AssignmentOperator项目。

  测试用例：

     把一个CMyString的实例赋值给另外一个实例。

     把一个CMyString的实例赋值给它自己。

     连续赋值。

  本题考点：

     考查对C++的基础语法的理解，如运算符函数、常量引用等。

     考查对内存泄露的理解。

     对高级C++程序员，面试官还将考查应聘者对代码异常安全性的理解。

 

 

 

本文选自《剑指Offer——名企面试官精讲典型编程题》一书

图书详细信息:http://blog.chinaunix.net/space.php?uid=13164110&do=blog&id=3034773