[笔试面试题] 3-C++关键字篇

预处理篇

1 C/C++头文件中的 ifndef/define/endif 的作用是什么？

如果一个项目中存在两个C文件，而这两个C文件都 include (包含）了同一个头文件， 当编译时，这两个C文件要一同编译成一个可运行文件，可能会产生大量的声明冲突。所以要把头文件的内容都放在 #ifhdef 和 #endif 中，防止该头文件被重复引用。

2 #include <filename.h>和#include “filename.h” 有什么区別?

对于 #include <filename.h>，编译器先从标准库路径开始搜索 filename.h，然后才去用户的工作路径搜索，使得系统文件调用较快。

对于 #include “filename.h”，编译器先从用户的工作路径开始搜索 filename.h，然后才去标准库路径搜索，使得自定义文件调用较快。

3 头文件的作用有哪些？

头文件的作用主要表现为以下两个方面：

（1）通过头文件来调用库功能。出于对源代码保密的考虑，源代码不便（或不准）向用户公布，只要向用户提供头文件和二进制的库即可。用户只需要按照头文件中的接口声明来调用库功能，而不必关心接口是怎么实现的。编译器会从库中提取相应的代码。

（2）头文件能加强类型安全检查。如果某个接口被实现或被使用时，其方式与头文件中的声明不一致，编译器就会指出错误，能大大减轻程序员调试、改错的负担。

4 #define有哪些缺陷？

由于宏定义在预处理阶段进行，主要做的是字符替换工作，所以它存在着一些固有的缺陷：

（1）它无法进行类型检查。宏定义是在编译前进行字符的替换，因为还没编译，不能编译前就检查好类型是否匹配，而只能在编译时才知道，所以不具备类型检查功能。

（2）由于优先级的不同，使用宏定义时，可能会存在副作用。例如，执行加法操作的宏定义运算 #define ADD(a,b) a+b 在使用的过程中，对于表达式的运算就可能存在潜在的问题，而应该改成 #define ADD(a,b) ((a)+(b))。

（3） 无法进行单步调试。

（4）会导致代码膨胀。由于宏定义是文本替换，需要对代码进行展开，相比较函数调用的 方式，会存在较多的冗余代码。

（5）在C++中，使用宏无法操作类的私有数据成员。

5 如何使用define声明一个常数，用以表明1年中有多少秒（忽略闰年间题）?

#define SECOND_PER_YEAR (365*24*60*60)UL

考虑到可能存在数据溢出问题，更加规范化的写法是使用长整型类型，即UL类型， 告诉编译器这个常数是长整型数。

6 不能使用大于、小于、if语句，如何定义一个宏来比较两个数a、b的大小？

如果只是进行简单的比较，则返回比较结果即可，宏定义可以写为如下方式：

#define check(a,b)   (((a)-(b))=fabs((a)-(b)))? “greater”: “smaller”

但如果需要返回较大的值，则宏定义可以写为：

#define MAX(a,b) (fabs((a)-(b))=((a)-(b))?(a):(b))

虽然 #define MAX(a，b) (abs((a)-(b))=((a)-(b))?(a):(b)) 也是一种比较好的做法，但是函数 abs() 接收的参数及其返回值都是整数，这样在传递实参时，其小数部分可能被截去，从而导致误差。例如，a=-12.345，b=-24.1467，abs((a)-(b)) 返回值为 12,但 (a)-(b) 显然不等于 12。

fabs() 所接受的参数及返回值都是 double 型的，这样无论它是接受整数还是接受 float 型的数据，都不会因精度问题而出现误差。

7 如何判断一个变量是有符号数还是无符号数？

采用取反操作。

对于这个变量分两种情况进行分析，一种情况是它为某种类型的值，另一种情况是它为某种类型。对于值而言，如果这个数以及其求反后的值都大于0,则该数为无符号数，反之则为有符号数，因为数据在计算机中都是以二进制的0或1存储的，正数以0开头，负数以1开头，求反操作符会把所有的1改为0,所有的0改为1。如果是有符号数，那么取反之后，开头的0会被改为1，开头的1会被改为0，开头为1时即表示该数为负数，如果是无符号数则不会受此影响。对于类型而言，也同样适用。

对于为值的情况，可以采用如下宏定义的方式：

#defme ISUNSIGNED(a) (a>=0 && ~a>=0)

对于为类型的情况：

#define ISUNSIGNED(type) ((type)O-l > 0)

程序示例代码如下：

#include <stdio.h>

#define ISUNSIGNED(a)	(a >= 0) && (〜a >= 0)
#define ISUNSIGNED_TYPE(type) ((type)O-l > 0) 

int main()
{
	int a = 0;
	unsigned int b = 0;

	printf("%d \n", ISUNSIGNED(a));
	printf("%d \n", ISUNSIGNED(b));
	printf("%d \n", ISUNSIGNED_TYPE(int));
	printf("%d \n", ISUNSIGNED_TYPE(unsigned int));

	return 0;
}

程序输出结果：

0
1
0
1

8 #define TRACE(S) (printf("%s\n",#S),S) 是什么意思？

# 进行宏字符串连接，在宏中把参数解释为字符串，不可以在语句中直接使用。在宏定义中printf("%s\n", #S)会被解释为printf("%s\n”，”S”)。

程序示例如下：

#include <stdio.h>

#define TRACE(S) (printf("%s\n", #S),S) 

int main()
{
	int a = 5;
	TRACE(a);

	char *str = "hello";
	char des[20];
	strcpy(des,TRACE(str));
	printf("des=%s\n",des);

	return 0;
}

程序输出结果：

a
str
hello

上例中，宏定义又是一个逗号表达式，所以复制到des里面的值为后面S也就是str的值。所以最后输出的就是字符串hello了。

9 不使用 sizeof，如何求变量占用的内存空间大小？

(1)使用宏定义的方式：

#include <stdio.h>

#define MY_SIZEOF(value) ( (char *)(&value+1) - (char *)&value )

int main()
{
	int i;
	double f;
	double a[4];
	double *q;

	printf("%d\n",MY_SIZEOF(i)); // 4
	printf("%d\n",MY_SIZEOF(f)); // 8
	printf("%d\n",MY_SIZEOF(a)); // 32
	printf("%d\n",MY_SIZEOF(q)); // 4

	return 0;
}

注意使用#define MY_SIZEOF(value) ( (&value+1) - &value )，返回的是 1（偏移单位长度），而不是 4。

(2)使用函数的方式：

#include <iostream>
using namespace std;

template <class T>
int getSize(T *p)
{
    return int(p+1)-int(p);
}

int main()
{
	int* i;
	double* q;
	char a[10];

	printf("%d\n",getSize(i)); // 4
	printf("%d\n",getSize(q)); // 8
	printf("%d\n",getSize(&a)); // 10

	return 0;
}

注意使用#return (p+1)-(p);，返回的是 1（偏移单位长度），而不是 4。

10 如何使用宏求结构体的内存偏移地址?

#define OFFSET(type,field) ( (size_t)&(((type *)0)->field) )

在 C 语言中，ANSI C 标准允许值为 0 的常量被强制转换成任何一种类型的指针，而且转换结果是一个空指针，即 NULL 指针，因此对 0 取指针的操作 ((type *)0)的结果就是一个类型为 type* 的NULL指针。但如果利用这个 NULL 指针来访问 type 的成员当然是非法的，但可以用来计算 field 字段的地址。

C 语言编译器根本就不生成访问 type 的代码，而仅仅是根据 type 的内容布局和结构体实例首址在编译期计算这个（常量）地址，这样就完全避免了通过 NULL 指针访问内存可能出现的问题。同时又因为地址为 0，所以这个地址的值就是字段相对于结构体基址的偏移。

程序示例如下：

#include <stdio.h>

#define OFFSET(type,field) ( (size_t)&(((type *)0)->field) )

struct MyStr
{
	char a; // 4byte （由于下一个成员为4个字节的，为了字节对齐，补齐为4个字节）
	int b;  // 8byte
	float c; // 16byte （由于下一个成员为8个字节的，为了字节对齐，补齐为8个字节）
	double d; // 24byte
	char e; // 32byte （要是最大长度的整数倍）
};

int main()
{
	printf("%d\n",OffSet(MyStr,a)); // 0
	printf("%d\n",OffSet(MyStr,b)); // 4
	printf("%d\n",OffSet(MyStr,c)); // 8
	printf("%d\n",OffSet(MyStr,d)); // 16
	printf("%d\n",OffSet(MyStr,e)); // 24
	printf("%d\n",sizeof(MyStr)); // 32

	return 0;
}

上述方法避免了实例化一个type对象，而且求值在编译期进行，没有运行期负担，程序效率大大提高。

11 枚举和 define 有什么不同？

具体而言，两者的区别表现在以下几 个方面：

（1）枚举常量是实体中的一种，而宏定义不是实体。

（2）枚举常量属于常量，但宏定义不是常量。

（3）枚举常量具有类型，但宏没有类型，枚举变量具有与普通变量相同的性质，如作用域、值等，但是宏没有。

（4）宏常量是在预编译阶段进行简单替换，枚举常量则是在编译的时候确定其值。

（5）—般在编译器里，可以调试枚举常量，但是不能调试宏常量。

（6）枚举可以一次定义大量相关的常量，而#define宏一次只能定义一个。

12 typdef 和 define 有什么区别?

typedef 与 define 都是替一个对象取一个别名，以此来增强程序的可读性，但是它们在使用和作用上也存在着以下几个方面的不同：

（1）原理不同。#define 是 C 语言中定义的语法，它是预处理指令，在预处理时进行简单的字符串替换，不作类型检查，不管含义是否正确照样带入，只有在编译己被展开的源程序时才会发现可能的错误并报错。typedef 是关键字，它在编译时处理，所以typedef有类型检查的功能。

（2）功能不同。typedef 只是用来定义类型的别名，这些类型不只包含内部类型（int、char 等），还包括自定义类型（如 struct)，可以起到使类型易于记忆的功能。#define 不只是可以为类型取别名，还可以定义常量、变量、编译开关等。

（3）作用域不同。#define 没有作用域的限制，只要是之前预定义过的宏，在以后的程序中都可以使用，而 typedef 有自己的作用域。

void fun()
{
	#define A int
}

void gun()
{
	// 在这里也可以使用A,因为宏替换没有作用域，但如果上面用的是typedef,那这里就不能用
	// 不过一般不在函数内使用typedef
}

（4）对指针的操作不同。两者修饰指针类型时，作用不同。

#define INTPTR1 int*
typedef int* INTPTR2;

INTPTR1 pl,p2;
INTPTR2 p3,p4;

INTPTR1 p1,p2;和INTPTR2 p3,p4;这两句的效果截然不同的。前者进行字符串替换后变成int\* p1,p2;，要表达的意义是声明一个指针变量 p1 和一个整型变量 p2。而后者由于 INTPTR2 是具有含义的，告诉我们是一个指向整型数据的指针，那么 p3 和 p4 都为指针变量。

13 C++ 中宏定义与内联函数有什么区别？

两者的区别主要表现在以下几个方面：第一，宏定义是在预处理阶段进行代码替换，而内联函数是在编译阶段插入代码；第二，宏定义没有类型检查，而内联函数有类型检查。

14 不使用第三方变量，如何交换两个变量的值？

#include <iostream>

using namespace std;

#define swap1(x,y) x=x+y,y=x-y,x=x-y

#define swap2(x,y) x^=y,y^=x,x^=y

int main()
{
    int a=1,b=2;
    //方法1 - 算数法
    swap1(a,b);
    cout << "a=" << a << " b=" << b << endl;

    //方法2 - 异或法
    a=1,b=2;
    swap2(a,b);
    cout << "a=" << a << " b=" << b << endl;
}