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C/C++

const

// 类
class A
{
private:
    const int a;                // 常对象成员，只能在初始化列表赋值

public:
    // 构造函数
    A() { };
    A(int x) : a(x) { };        // 初始化列表

    // const可用于对重载函数的区分
    int getValue();             // 普通成员函数
    int getValue() const;       // 常成员函数，不得修改类中的任何数据成员的值
};

void function()
{
    // 对象
    A b;                        // 普通对象，可以调用全部成员函数
    const A a;                  // 常对象，只能调用常成员函数、更新常成员变量
    canst A *p = &a;            // 常指针
    canst A &q = a;             // 常引用

    // 指针
    char greeting[] = "Hello";
    char* p1 = greeting;                // 指针变量，指向字符数组变量
    const char* p2 = greeting;          // 指针变量，指向字符数组常量
    char* const p3 = greeting;          // 常指针，指向字符数组变量
    const char* const p4 = greeting;    // 常指针，指向字符数组常量
}

// 函数
void function1(const int Var);           // 传递过来的参数在函数内不可变
void function2(const char* Var);         // 参数指针所指内容为常量
void function3(char* const Var);         // 参数指针为常指针
void function4(const int& Var);          // 引用参数在函数内为常量

// 函数返回值
const int function5();      // 返回一个常数
const int* function6();     // 返回一个指向常量的指针变量，使用：const int *p = function6();
int* const function7();     // 返回一个指向变量的常指针，使用：int* const p = function7();

作用

1. 修饰变量，说明该变量不可以被改变；
2. 修饰指针，分为指向常量的指针和指针常量；
3. 常量引用，经常用于形参类型，即避免了拷贝，又避免了函数对值的修改；
4. 修饰成员函数，说明该成员函数内不能修改成员变量。

static

作用

1. 修饰普通变量，修改变量的存储区域和生命周期，使变量存储在静态区，在main函数运行前就分配了空间，如果有初始值就用初始值初始化它，如果没有初始值系统用默认值初始化它。
2. 修饰普通函数，表明函数的作用范围，仅在定义该函数的文件内才能使用。在多人开发项目时，为了防止与他人命令函数重名，可以将函数定位为static。
3. 修饰成员变量，修饰成员变量使所有的对象只保存一个该变量，而且不需要生成对象就可以访问该成员。
4. 修饰成员函数，修饰成员函数使得不需要生成对象就可以访问该函数，但是在static函数内不能访问非静态成员。

this 指针

1. this 指针是一个隐含于每一个成员函数中的特殊指针。它指向正在被该成员函数操作的那个对象。
2. 当对一个对象调用成员函数时，编译程序先将对象的地址赋给 this 指针，然后调用成员函数，每次成员函数存取数据成员时，由隐含使用 this 指针。
3. 当一个成员函数被调用时，自动向它传递一个隐含的参数，该参数是一个指向这个成员函数所在的对象的指针。
4. this 指针被隐含地声明为: ClassName *const this，这意味着不能给 this 指针赋值；在 ClassName 类的 const 成员函数中，this 指针的类型为：const ClassName* const，这说明不能对 this 指针所指向的这种对象是不可修改的（即不能对这种对象的数据成员进行赋值操作）；
5. 由于 this 并不是一个常规变量，所以，不能取得 this 的地址。
6. 在以下场景中，经常需要显式引用 this 指针： 1. 为实现对象的链式引用； 2. 为避免对同一对象进行赋值操作； 3. 在实现一些数据结构时，如 list。

inline 内联函数

特征

• 相当于把内联函数里面的内容写在调用内联函数处；
• 相当于不用执行进入函数的步骤，直接执行函数体；
• 相当于宏，却比宏多了类型检查，真正具有函数特性；
• 不能包含循环、递归、switch等复杂操作。

使用

// 声明1（加inline，建议使用）
inline int functionName(int first, int secend,...);

// 声明2（不加inline）
int functionName(int first, int secend,...);

// 定义
inline int functionName(int first, int secend,...) {/****/};

编译器对inline函数的处理步骤

1. 将inline函数体复制到inline函数调用点处；
2. 为所用inline函数中的局部变量分配内存空间；
3. 将inline函数的的输入参数和返回值映射到调用方法的局部变量空间中；
4. 如果inline函数有多个返回点，将其转变为inline函数代码块末尾的分支（使用GOTO）。

优缺点

优点

1. 内联函数同宏函数一样将在被调用处进行代码展开，省去了参数压栈、栈帧开辟与回收，结果返回等，从而提高程序运行速度。
2. 内联函数相比宏函数来说，在代码展开时，会做安全检查或自动类型转换（同普通函数），而宏定义则不会。
3. 在类中声明同时定义的成员函数，自动转化为内联函数，因此内联函数可以访问类的成员变量，宏定义则不能。
4. 内联函数在运行时可调试，而宏定义不可以。

缺点

1. 代码膨胀。内联是以代码膨胀（复制）为代价，消除函数调用带来的开销。如果执行函数体内代码的时间，相比于函数调用的开销较大，那么效率的收获会很少。另一方面，每一处内联函数的调用都要复制代码，将使程序的总代码量增大，消耗更多的内存空间。
2. inline函数无法随着函数库升级而升级。inline函数的改变需要重新编译，不像non-inline可以直接链接。
3. 是否内联，程序员不可控。内联函数只是对编译器的建议，是否对函数内联，决定权在于编译器。

assert()

断言，是宏，而非函数。assert宏的原型定义在<assert.h>中，其作用是如果它的条件返回错误，则终止程序执行。

如

assert( p != NULL );

sizeof()

• sizeof对数组，得到整个数组所占空间大小。
• sizeof对指针，得到指针本身所占空间大小。

#pragma pack(n)

设定结构体、联合以及类成员变量以n字节方式对齐

如

#pragma pack(push) //保存对齐状态
#pragma pack(4)//设定为4字节对齐

struct test
{
    char m1;
    double m4;
    int m3;
};

#pragma pack(pop)//恢复对齐状态

extern "C"

• 被extern限定的函数或变量是extern类型的
• 被extern "C"修饰的变量和函数是按照C语言方式编译和连接的

extern "C" 的作用是让C++编译器将 extern "C" 声明的代码当作C语言代码处理，可以避免C++因符号修饰导致代码不能和C语言库中的符号进行链接的问题。

#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif

void *memset(void *, int, size_t);

#ifdef __cplusplus
}
#endif

struct 和 typedef struct

C 中

// c
typedef struct Student {
    int age; 
} S;

等价于

// c
struct Student { 
    int age; 
};

typedef struct Student S;

此时 S 等价于 struct Student，但两个标识符名称空间不相同。

另外还可以定义与 struct Student 不冲突的 void Student() {}。

C++ 中

由于编译器定位符号的规则（搜索规则）改变，导致不同于C语言。

一、如果在类标识符空间定义了 struct Student {...};，使用 Student me; 时，编译器将搜索全局标识符表，Student 未找到，则在类标识符内搜索。

即表现为可以使用 Student 也可以使用 struct Student，如下：

// cpp
struct Student { 
    int age; 
};

void f( Student me ); // 正确，"struct" 关键字可省略

二、若定义了与 Student 同名函数之后，则 Student 只代表函数，不代表结构体，如下：

typedef struct Student { 
    int age; 
} S;

void Student() {} // 正确，定义后 "Student" 只代表此函数

//void S() {} // 错误，符号 "S" 已经被定义为一个 "struct Student" 的别名

int main() {
    Student(); 
    struct Student me; // 或者 "S me";
    return 0;
}

C++ 中 struct 和 class

总的来说，struct更适合看成是一个数据结构的实现体，class更适合看成是一个对象的实现体。

区别

• 最本质的一个区别就是默认的访问控制
  1. 默认的继承访问权限。struct是public的，class是private的。
  2. struct作为数据结构的实现体，它默认的数据访问控制是public的，而class作为对象的实现体，它默认的成员变量访问控制是private的。

explicit （显式）构造函数

explicit修饰的构造函数可用来防止隐式转换

如下

class Test1
{
public:
    Test1(int n)            //普通构造函数
    {
        num=n;
    }
private:
    int num;
};

class Test2
{
public:
    explicit Test2(int n)   //explicit(显式)构造函数
    {
        num=n;
    }
private:
    int num;
};

int main()
{
    Test1 t1=12;            //隐式调用其构造函数,成功
    Test2 t2=12;            //编译错误,不能隐式调用其构造函数
    Test2 t2(12);           //显式调用成功
    return 0;
}

frend 友元类和友元函数

• 能访问私有成员
• 破坏封装性
• 友元关系不可传递
• 友元关系的单向性
• 友元声明的形式及数量不受限制

using 引入命名空间成员

using namespace_name::name

尽量不要使用using namespace std;污染命名空间

一般说来，使用using命令比使用using编译命令更安全，这是由于它只导入了制定的名称。如果该名称与局部名称发生冲突，编译器将发出指示。using编译命令导入所有的名称，包括可能并不需要的名称。如果与局部名称发生冲突，则局部名称将覆盖名称空间版本，而编译器并不会发出警告。另外，名称空间的开放性意味着名称空间的名称可能分散在多个地方，这使得难以准确知道添加了哪些名称。

尽量不要使用

using namespace std;

应该使用

int x;
std::cin >> x ;
std::cout << x << std::endl;

或者

using std::cin;
using std::cout;
using std::endl;
int x;
cin >> x;
cout << x << endl;

:: 范围解析运算符

:: 可以加在类型名称（类、类成员、成员函数、变量等）前，表示作用域为全局命名空间

如

int count = 0;      // global count

int main() {
  int count = 0;    // local count
  ::count = 1;      // set global count to 1
  count = 2;        // set local count to 2
  return 0;
}

宏

• 宏定义可以实现类似于函数的功能，但是它终归不是函数，而宏定义中括弧中的“参数”也不是真的参数，在宏展开的时候对“参数”进行的是一对一的替换。

内存分配和管理

malloc、calloc、realloc、alloca

1. malloc：申请指定字节数的内存。申请到的内存中的初始值不确定。
2. calloc：为指定长度的对象，分配能容纳其指定个数的内存。申请到的内存的每一位(bit)都初始化为0
3. realloc：更改以前分配的内存长度(增加或减少)。当增加长度时，可能需将以前分配区的内容移到另一个足够大的区域，而新增区域内的初始值则不确定
4. alloca：在栈上申请内存。程序在出栈的时候，会自动释放内存。但是需要注意的是，alloca不具可移植性, 而且在没有传统堆栈的机器上很难实现。alloca不宜使用在必须广泛移植的程序中,。C99中支持变长数组(VLA), 可以用来替代alloca()。

malloc、free

申请内存，确认是否申请成功

char *str = (char*) malloc(100);
assert(str != nullptr);

释放内存后指针置空

free(p); 
p = nullptr;

new、delete

1. new/new[]：完成两件事，先底层调用malloc分了配内存，然后创建一个对象（调用构造函数）。
2. delete/delete[]：也完成两件事，先调用析构函数（清理资源），然后底层调用free释放空间。
3. new在申请内存时会自动计算所需字节数，而malloc则需我们自己输入申请内存空间的字节数。

int main()
{
    T* t = new T(); // 先内存分配 ，再构造函数
    delete t; // 先析构函数，再内存释放
    return 0;
}

初始化列表

好处

• 更高效：少了一次调用默认构造函数的过程。
• 有些场合必须要用初始化列表：
  1. 常量成员，因为常量只能初始化不能赋值，所以必须放在初始化列表里面
  2. 引用类型，引用必须在定义的时候初始化，并且不能重新赋值，所以也要写在初始化列表里面
  3. 没有默认构造函数的类类型，因为使用初始化列表可以不必调用默认构造函数来初始化，而是直接调用拷贝构造函数初始化。

面向对象

面向对象程序设计（Object-oriented programming，OOP）是种具有对象概念的程序编程典范，同时也是一种程序开发的抽象方针。

面向对象三大特征 —— 封装、继承、多态

封装

• 把客观事物封装成抽象的类，并且类可以把自己的数据和方法只让可信的类或者对象操作，对不可信的进行信息隐藏。
• 关键字：public, protected, friendly, private。不写默认为 friendly。

关键字	当前类	包内	子孙类	包外
public	√	√	√	√
protected	√	√	√	×
friendly	√	√	×	×
private	√	×	×	×

继承

• 基类（子类）——> 派生类（父类）

多态

• 多态，即多种状态，在面向对象语言中，接口的多种不同的实现方式即为多态。多态性在C++中是通过虚函数来实现的。
• 多态是以封装和继承为基础的。

静态多态（早绑定）

class A
{
public:
    void do(int a);
    void do(int a, int b);
}

动态多态（晚绑定）

• 用 virtual 修饰成员函数，使其成为虚函数

注意：

• 普通函数不能是虚函数
• 静态函数不能是虚函数
• 内联函数不能是虚函数
• 构造函数不能是虚函数

class Shape     //形状类
{
public:
    virtual double calcArea()
    {
        ...
    }
}
class Circle : public Shape     //圆形类
{
public:
    virtual double calcArea();
    ...
}
class Rect : public Shape       //矩形类
{
public:
    virtual double calcArea();
    ...
}
int main()
{
    Shape * shape1 = new Circle(4.0);
    Shape * shape2 = new Rect(5.0, 6.0);
    shape1->calcArea();     //调用圆形类里面的方法
    shape2->calcArea();     //调用矩形类里面的方法
    return 0；
}

• 虚析构函数

class Shape
{
public:
    Shape();        //构造函数不能是虚函数
    virtual double calcArea();
    virtual ~Shape();    //虚析构函数
}
class Circle : public Shape     //圆形类
{
public:
    virtual double calcArea();
    ...
}
int main()
{
    Shape * shape1 = new Circle(4.0);
    shape1->calcArea();    
    delete shape1;      //因为是虚析构函数，所以调用子类析构函数后，也调用父类析构函数。
    shape1 = NULL;
    return 0；
}

• 纯虚函数 （含有纯虚函数的类叫做抽象类）

virtual int A() = 0;

抽象类、接口类、聚合类

• 抽象类：含有纯虚函数的类
• 接口类：仅含有纯虚函数的抽象类
• 聚合类：用户可以直接访问其成员，并且具有特殊的初始化语法形式。满足如下特点：
  • 所有成员都是public
  • 没有有定于任何构造函数
  • 没有类内初始化
  • 没有基类，也没有virtual函数
  • 如：

    //定义：
    struct Date 
    {
        int ival;
        string s;
    }
    //初始化：
    Data vall = { 0, "Anna" };
    

运行时类型识别（RTTI）

class Flyable                       //【能飞的】
{
public:
    virtual void takeoff() = 0;    //起飞
    virtual void land() = 0;       //降落
}
class Bird : public Flyable         //【鸟】
{
public:
    void foraging() {...}           //觅食
    virtual void takeoff() {...}
    virtual void land() {...}
}
class Plane : public Flyable        //【飞机】
{
public:
    void carry() {...}              //运输
    virtual void take off() {...}
    virtual void land() {...}
}

class type_info
{
public:
    const char* name() const;
    bool operator == (const type_info & rhs) const;
    bool operator != (const type_info & rhs) const;
    int before(const type_info & rhs) const;
    virtual ~type_info();
private:
    ...
}

class doSomething(Flyable *obj)     //【做些事情】
{
    obj->takeoff();

    cout << typeid(*obj).name() << endl;    //输出传入对象类型（Bird or Plane）

    if(typeid(*obj) == typeid(Bird))    //判断对象类型
    {
        Bird *bird = dynamic_cast<Bird *>(obj); //对象转化
        bird->foraging();
    }

    obj->land();
}

dynamic_cast 注意事项：

• 只能应用于指针和引用的转化
• 要转化的类型中必须包含虚函数
• 转化成功返回子类的地址，转化失败返回NULL

typeid 注意事项：

• type_id 返回一个 type_info 对象的引用
• 如果想通过基类的指针获得派生类的数据类型，基类必须带有虚函数
• 只能获取对象的实际类型

Effective C++

1. 视C++为一个语言联邦（C、Object-Oriented C++、Template C++、STL）
2. 尽量以const、enum、inline替换#define（宁可以编译器替换预处理器）
3. 尽可能使用const
4. 确定对象被使用前已先被初始化
5. 了解C++默默编写并调用哪些函数（编译器暗自为class创建default构造函数、copy构造函数、copy assignment操作符、析构函数）

Google C++ Style Guide

原图地址：CSDN . 一张图总结Google C++编程规范(Google C++ Style Guide)

STL

容器底层数据结构实现

• vector：底层数据结构为数组，支持快速随机访问
• list：底层数据结构为双向链表，支持快速增删
• deque：底层数据结构为一个中央控制器和多个缓冲区，支持首尾（中间不能）快速增删，也支持随机访问
  • deque是一个双端队列(double-ended queue)，也是在堆中保存内容的.它的保存形式如下:
  • [堆1] --> [堆2] -->[堆3] --> ...
  • 每个堆保存好几个元素,然后堆和堆之间有指针指向,看起来像是list和vector的结合品.
• stack：底层一般用list或deque实现，封闭头部即可，不用vector的原因应该是容量大小有限制，扩容耗时
• queue：底层一般用list或deque实现，封闭头部即可，不用vector的原因应该是容量大小有限制，扩容耗时
  • （stack和queue其实是适配器,而不叫容器，因为是对容器的再封装）
• priority_queue：底层数据结构一般为vector为底层容器，堆heap为处理规则来管理底层容器实现
• set：底层数据结构为红黑树，有序，不重复
• multiset：底层数据结构为红黑树，有序，可重复
• map：底层数据结构为红黑树，有序，不重复
• multimap：底层数据结构为红黑树，有序，可重复
• hash_set：底层数据结构为hash表，无序，不重复
• hash_multiset：底层数据结构为hash表，无序，可重复
• hash_map：底层数据结构为hash表，无序，不重复
• hash_multimap：底层数据结构为hash表，无序，可重复

数据结构

顺序结构

顺序栈（Sequence Stack）

SqStack.cpp

typedef struct {
	ElemType *elem;
	int top;
	int size;
	int increment;
} SqSrack;

队列（Sequence Queue）

typedef struct {
	ElemType * elem;
	int front;
	int rear;
	int maxSize;
}SqQueue;

非循环队列

SqQueue.rear++

循环队列

SqQueue.rear = (SqQueue.rear + 1) % SqQueue.maxSize

顺序表（Sequence List）

SqList.cpp

typedef struct {
	ElemType *elem;
	int length;
	int size;
	int increment;
} SqList;

链式结构

LinkList.cpp

LinkList_with_head.cpp

typedef struct LNode {
    ElemType data;
    struct LNode *next;
} LNode, *LinkList; 

链队列（Link Queue）

线性表的链式表示

单链表（Link List）

双向链表（Du-Link-List）

循环链表（Cir-Link-List）

哈希表

HashTable.cpp

概念

哈希函数：H(key): K -> D , key ∈ K

构造方法

• 直接定址法
• 除留余数法
• 数字分析法
• 折叠法
• 平方取中法

冲突处理方法

• 链地址法：key相同的用单链表链接
• 开放定址法
  • 线性探测法：key相同 -> 放到key的下一个位置，Hi = (H(key) + i) % m
  • 二次探测法：key相同 -> 放到 Di = 1^2, -1^2, ..., ±（k)^2,(k<=m/2）
  • 随机探测法：H = (H(key) + 伪随机数) % m

线性探测的哈希表数据结构

typedef char KeyType;

typedef struct {
	KeyType key;
}RcdType;

typedef struct {
	RcdType *rcd;
	int size;
	int count;
	bool *tag;
}HashTable;

递归

概念

函数直接或间接地调用自身

递归与分治

• 分治法
  • 问题的分解
  • 问题规模的分解
• 折半查找（递归）
• 归并查找（递归）
• 快速排序（递归）

递归与迭代

• 迭代：反复利用变量旧值推出新值
• 折半查找（迭代）
• 归并查找（迭代）

广义表

头尾链表存储表示

// 广义表的头尾链表存储表示
typedef enum {ATOM, LIST} ElemTag;
// ATOM==0：原子，LIST==1：子表
typedef struct GLNode {
    ElemTag tag;
    // 公共部分，用于区分原子结点和表结点
    union {
        // 原子结点和表结点的联合部分
        AtomType atom;
        // atom是原子结点的值域，AtomType由用户定义
        struct {
            struct GLNode *hp, *tp;
        } ptr;
        // ptr是表结点的指针域，prt.hp和ptr.tp分别指向表头和表尾
    } a;
} *GList, GLNode;

扩展线性链表存储表示

// 广义表的扩展线性链表存储表示
typedef enum {ATOM, LIST} ElemTag;
// ATOM==0：原子，LIST==1：子表
typedef struct GLNode1 {
    ElemTag tag;
    // 公共部分，用于区分原子结点和表结点
    union {
        // 原子结点和表结点的联合部分
        AtomType atom; // 原子结点的值域
        struct GLNode1 *hp; // 表结点的表头指针
    } a;
    struct GLNode1 *tp;
    // 相当于线性链表的next，指向下一个元素结点
} *GList1, GLNode1;

二叉树

BinaryTree.cpp

性质

1. 非空二叉树第 i 层最多 2^(i-1) 个结点 (i >= 1)
2. 深度为 k 的二叉树最多 2^k - 1 个结点 (k >= 1)
3. 度为 0 的结点数为 n0，度为 2 的结点数为 n2，则 n0 = n2 + 1
4. 有 n 个结点的完全二叉树深度 k = ⌊ log2(n) ⌋ + 1
5. 对于含 n 个结点的完全二叉树中编号为 i (1 <= i <= n) 的结点
   1. 若 i = 1，为根，否则双亲为 ⌊ i / 2 ⌋
   2. 若 2i > n，则 i 结点没有左孩子，否则孩子编号为 2i + 1
   3. 若 2i + 1 > n，则 i 结点没有右孩子，否则孩子编号为 2i + 1

存储结构

typedef struct BiTNode
{
    TElemType data;
    struct BiTNode *lchild, *rchild;
}BiTNode, *BiTree;

顺序存储

链式存储

遍历方式

• 先序遍历
• 中序遍历
• 后续遍历
• 层次遍历

分类

• 满二叉树
• 完全二叉树（堆）
  • 大顶堆：根 >= 左 && 根 >= 右
  • 小顶堆：根 <= 左 && 根 <= 右
• 二叉查找树（二叉排序树）：左 < 根 < 右
• 平衡二叉树（AVL树）：| 左子树树高 - 右子树树高 | <= 1
• 最小失衡树：平衡二叉树插入新结点导致失衡的子树：调整：
  • LL型：根的左孩子右旋
  • RR型：根的右孩子左旋
  • LR型：根的左孩子左旋，再右旋
  • RL型：右孩子的左子树，先右旋，再左旋

其他树及森林

树的存储结构

• 双亲表示法
• 双亲孩子表示法
• 孩子兄弟表示法

并查集

一种不相交的子集所构成的集合 S = {S1, S2, ..., Sn}

平衡二叉树（AVL树）

性质

• | 左子树树高 - 右子树树高 | <= 1
• 平衡二叉树必定是二叉搜索树，反之则不一定
• 最小二叉平衡树的节点的公式：F(n)=F(n-1)+F(n-2)+1 （1是根节点，F(n-1)是左子树的节点数量，F(n-2)是右子树的节点数量）

最小失衡树

平衡二叉树插入新结点导致失衡的子树

调整：

• LL型：根的左孩子右旋
• RR型：根的右孩子左旋
• LR型：根的左孩子左旋，再右旋
• RL型：右孩子的左子树，先右旋，再左旋

红黑树

应用

• 关联数组：如STL中的map、set

B树

B+树

八叉树

图

算法

排序

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• Round Robin Problem (循环赛日程安排问题)
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Leetcode Problems

Array

• 1. Two Sum
• 4. Median of Two Sorted Arrays
• 11. Container With Most Water
• 26. Remove Duplicates from Sorted Array
• 53. Maximum Subarray
• 66. Plus One
• 88. Merge Sorted Array
• 118. Pascal's Triangle
• 119. Pascal's Triangle II
• 121. Best Time to Buy and Sell Stock
• 122. Best Time to Buy and Sell Stock II
• 169. Majority Element
• 283. Move Zeroes

操作系统

• 进程间的通信方式（管道、有名管道、信号、共享内存、消息队列、信号量、套接字、文件）
• 线程和进程的差异

计算机网络

• TCP/IP
• TCP协议
• TCP三次握手
• TCP和UDP的区别
• socket套接字
• HTTP返回码

概念

• TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议，在运输层）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。
• UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议，在运输层）是OSI（Open System Interconnection 开放式系统互联） 参考模型中一种无连接的传输层协议，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务。
• IP（Internet Protocol，网际协议，在网络层）是为计算机网络相互连接进行通信而设计的协议。
• Socket 建立网络通信连接至少要一对端口号(socket)。socket本质是编程接口(API)，对TCP/IP的封装，TCP/IP也要提供可供程序员做网络开发所用的接口，这就是Socket编程接口。

linux网络编程之TCP/IP基础（一）：TCP/IP协议栈与数据报封装

ISO/OSI参考模型

OSI（open system interconnection）开放系统互联模型是由ISO（International Organization for Standardization）国际标准化组织定义的网络分层模型，共七层，如下图

TCP/IP协议四层模型

TCP/IP网络协议栈分为应用层（Application）、传输层（Transport）、网络层（Network）和链路层（Link）四层。如下图所示

HTTP

runoob . HTTP教程

HTTP 请求方法

• GET：请求指定的页面信息，并返回实体主体
• HEAD：类似于get请求，只不过返回的响应中没有具体的内容，用于获取报头
• POST：向指定资源提交数据进行处理请求（例如提交表单或者上传文件）。数据被包含在请求体中。POST请求可能会导致新的资源的建立和/或已有资源的修改。
• PUT：从客户端向服务器传送的数据取代指定的文档的内容。
• DELETE：请求服务器删除指定的页面
• CONNECT：HTTP/1.1协议中预留给能够将连接改为管道方式的代理服务器
• OPTIONS：允许客户端查看服务器的性能
• TRACE：回显服务器收到的请求，主要用于测试或诊断

HTTP 状态码

• 200 OK: 请求成功
• 301 Moved Permanently: 永久移动。请求的资源已被永久的移动到新URI，返回信息会包括新的URI，浏览器会自动定向到新URI。今后任何新的请求都应使用新的URI代替
• 400 Bad Request: 客户端请求的语法错误，服务器无法理解
• 401 Unauthorized: 请求要求用户的身份认证
• 403 Forbidden: 服务器理解请求客户端的请求，但是拒绝执行此请求
• 404 Not Found: 服务器无法根据客户端的请求找到资源（网页）。通过此代码，网站设计人员可设置"您所请求的资源无法找到"的个性页面
• 408 Request Timeout: 服务器等待客户端发送的请求时间过长，超时
• 500 Internal Server Error: 服务器内部错误，无法完成请求
• 503 Service Unavailable: 由于超载或系统维护，服务器暂时的无法处理客户端的请求。延时的长度可包含在服务器的Retry-After头信息中
• 504 Gateway Timeout: 充当网关或代理的服务器，未及时从远端服务器获取请求

网络编程

Socket

Linux Socket编程（不限Linux）

Socket 中的 read()、write() 函数

ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);

• read函数是负责从fd中读取内容.当读成功时，read返回实际所读的字节数。如果返回的值是0表示已经读到文件的结束了，小于0表示出现了错误。如果错误为EINTR说明读是由中断引起的，如果是ECONNREST表示网络连接出了问题。
• write函数将buf中的nbytes字节内容写入文件描述符fd。成功时返回写的字节数。失败时返回-1，并设置errno变量。在网络程序中，当我们向套接字文件描述符写时有俩种可能。（1）write的返回值大于0，表示写了部分或者是全部的数据。（2）返回的值小于0，此时出现了错误。我们要根据错误类型来处理。如果错误为EINTR表示在写的时候出现了中断错误。如果为EPIPE表示网络连接出现了问题（对方已经关闭了连接）。

socket中TCP的三次握手建立连接

我们知道tcp建立连接要进行“三次握手”，即交换三个分组。大致流程如下：

1. 客户端向服务器发送一个SYN J
2. 服务器向客户端响应一个SYN K，并对SYN J进行确认ACK J+1
3. 客户端再想服务器发一个确认ACK K+1

只有就完了三次握手，但是这个三次握手发生在socket的那几个函数中呢？请看下图：

从图中可以看出：

1. 当客户端调用connect时，触发了连接请求，向服务器发送了SYN J包，这时connect进入阻塞状态；
2. 服务器监听到连接请求，即收到SYN J包，调用accept函数接收请求向客户端发送SYN K ，ACK J+1，这时accept进入阻塞状态；
3. 客户端收到服务器的SYN K ，ACK J+1之后，这时connect返回，并对SYN K进行确认；
4. 服务器收到ACK K+1时，accept返回，至此三次握手完毕，连接建立。

socket中TCP的四次握手释放连接

上面介绍了socket中TCP的三次握手建立过程，及其涉及的socket函数。现在我们介绍socket中的四次握手释放连接的过程，请看下图：

图示过程如下：

1. 某个应用进程首先调用close主动关闭连接，这时TCP发送一个FIN M；
2. 另一端接收到FIN M之后，执行被动关闭，对这个FIN进行确认。它的接收也作为文件结束符传递给应用进程，因为FIN的接收意味着应用进程在相应的连接上再也接收不到额外数据；
3. 一段时间之后，接收到文件结束符的应用进程调用close关闭它的socket。这导致它的TCP也发送一个FIN N；
4. 接收到这个FIN的源发送端TCP对它进行确认。

这样每个方向上都有一个FIN和ACK。

数据库

• 数据库事务四大特性：原子性、一致性、分离性、持久性
• 数据库索引：顺序索引 B+树索引 hash索引 MySQL索引背后的数据结构及算法原理
• SQL 约束 (Constraints)

设计模式

链接装载库

内存、栈、堆

一般应用程序内存空间有如下区域：

• 栈：由操作系统自动分配释放，存放函数的参数值、局部变量等的值，用于维护函数调用的上下文
• 堆：一般由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时可能由操作系统回收，用来容纳应用程序动态分配的内存区域
• 可执行文件映像：存储着可执行文件在内存中的映像，由装载器装载是将可执行文件的内存读取或映射到这里
• 保留区：保留区并不是一个单一的内存区域，而是对内存中受到保护而禁止访问的内存区域的总称，如通常C语言讲无效指针赋值为0（NULL），因此0地址正常情况下不可能有效的访问数据

栈

栈保存了一个函数调用所需要的维护信息，常被称为堆栈帧（Stack Frame）或活动记录（Activate Record），一般包含以下几方面：

• 函数的返回地址和参数
• 临时变量：包括函数的非静态局部变量以及编译器自动生成的其他临时变量
• 保存上下文：包括函数调用前后需要保持不变的寄存器

堆

堆分配算法：

• 空闲链表（Free List）
• 位图（Bitmap）
• 对象池

“段错误（segment fault）” 或 “非法操作，该内存地址不能read/write”

典型的非法指针解引用造成的错误。当指针指向一个不允许读写的内存地址，而程序却试图利用指针来读或写该地址时，会出现这个错误。

普遍原因：

• 将指针初始化位NULL，之后没有给它一个合理的值就开始使用指针
• 没用初始化栈中的指针，指针的值一般会是随机数，之后就直接开始使用指针

编译链接

编译链接过程

1. 预编译（预编译器处理如#include、#define等预编译指令，生成.i或.ii文件）
2. 编译（编译器进行词法分析、语法分析、语义分析、中间代码生成、目标代码生成、优化，生成.s文件）
3. 汇编（汇编器把汇编码翻译成机器码，生成.o文件）
4. 链接（连接器进行地址和空间分配、符号决议、重定位，生成.out文件）

现在版本GCC把预编译和编译合成一步，预编译编译程序cc1、汇编器as、连接器ld

MSVC编译环境，编译器cl、连接器link、可执行文件查看器dumpbin

目标文件

编译器编译源代码后生成的文件叫做目标文件。目标文件从结构上讲，它是已经编译后的可执行文件格式，只是还没有经过链接的过程，其中可能有些符号或有些地址还没有被调整。

可执行文件（Windows的.exe和Linux的ELF）、动态链接库（Windows的.dll和Linux的.so）、静态链接库（Windows的.lib和Linux的.a）都是按照可执行文件格式存储（Windows按照PE-COFF，Linux按照ELF）

目标文件格式

• Windows的PE（Portable Executable），或称为PE-COFF，.obj格式
• Linux的ELF（Executable Linkable Format），.o格式
• Intel/Microsoft的OMF（Object Module Format）
• Unix的a.out格式
• MS-DOS的.COM格式

PE和ELF都是COFF（Common File Format）的变种

目标文件存储结构

段	功能
File Header	文件头，描述整个文件的文件属性（包括文件是否可执行、是静态链接或动态连接及入口地址、目标硬件、目标操作系统等）
.text section	代码段，执行语句编译成的机器代码
.data section	数据段，已初始化的全局变量和局部静态变量
.bss section	BBS段（Block Started by Symbol），未初始化的全局变量和局部静态变量（因为默认值为0，所以只是在此预留位置，不占空间）
.rodate section	只读数据段，存放只读数据，一般是程序里面的只读变量（如const修饰的变量）和字符串常量
.comment section	注释信息段，存放编译器版本信息
.note.GNU-stack section	堆栈提示段

其他段略

链接的接口————符号

在链接中，目标文件之间相互拼合实际上是目标文件之间对地址的引用，即对函数和变量的地址的引用。我们将函数和变量统称为符号（Symbol），函数名或变量名就是符号名（Symbol Name）。

如下符号表（Symbol Table）：

Symbol（符号名）	Symbol Value （地址）
main	0x100
Add	0x123
...	...

Linux的共享库（Shared Library）

Linux下的共享库就是普通的ELF共享对象。

共享库版本更新应该保证二进制接口ABI（Application Binary Interface）的兼容

命名

libname.so.x.y.z

• x：主版本号，不同主版本号的库之间不兼容，需要重新编译
• y：次版本号，高版本号向后兼容低版本号
• z：发布版本号，不对接口进行更改，完全兼容

路径

大部分包括Linux在内的开源系统遵循FHS（File Hierarchy Standard）的标准，这标准规定了系统文件如何存放，包括各个目录结构、组织和作用。

• /lib：存放系统最关键和最基础的共享库，如动态链接器、C语言运行库、数学库等
• /usr/lib：存放非系统运行时所需要的关键性的库，主要是开发库
• /usr/local/lib：存放跟操作系统本身并不十分相关的库，主要是一些第三方应用程序的库

动态链接器会在/lib、/usr/lib和由/etc/ld.so.conf配置文件指定的，目录中查找共享库

环境变量

• LD_LIBRARY_PATH：临时改变某个应用程序的共享库查找路径，而不会影响其他应用程序
• LD_PRELOAD：指定预先装载的一些共享库甚至是目标文件
• LD_DEBUG：打开动态链接器的调试功能

Windows的动态链接库（Dynamic-Link Library）

DLL头文件

#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif

#ifdef _WIN32
#  ifdef MODULE_API_EXPORTS
#    define MODULE_API __declspec(dllexport)
#  else
#    define MODULE_API __declspec(dllimport)
#  endif
#else
#  define MODULE_API
#endif

MODULE_API int module_init();

#ifdef __cplusplus
}
#endif

DLL源文件

#define MODULE_API_EXPORTS
#include "module.h"

MODULE_API int module_init()
{
    /* do something useful */
    return 0;
}

运行库（Runtime Library）

典型程序运行步骤

1. 操作系统创建进程，把控制权交给程序的入口（往往是运行库中的某个入口函数）
2. 入口函数对运行库和程序运行环境进行初始化（包括堆、I/O、线程、全局变量构造等等）。
3. 入口函数初始化后，调用main函数，正式开始执行程序主体部分。
4. main函数执行完毕后，返回到入口函数进行清理工作（包括全局变量析构、堆销毁、关闭I/O等），然后进行系统调用结束进程。

一个程序的I/O指代程序与外界的交互，包括文件、管程、网络、命令行、信号等。更广义地讲，I/O指代操作系统理解为“文件”的事物。

glibc 入口

_start -> __libc_start_main -> exit -> _exit

其中main(argc, argv, __environ)函数在__libc_start_main里执行。

MSVC CRT 入口

int mainCRTStartup(void)

执行如下操作：

1. 初始化和OS版本有关的全局变量。
2. 初始化堆。
3. 初始化I/O。
4. 获取命令行参数和环境变量。
5. 初始化C库的一些数据。
6. 调用main并记录返回值。
7. 检查错误并将main的返回值返回。

C语言运行库（CRT）

大致包含如下功能：

• 启动与退出：包括入口函数及入口函数所依赖的其他函数等。
• 标准函数：有C语言标准规定的C语言标准库所拥有的函数实现。
• I/O：I/O功能的封装和实现。
• 堆：堆的封装和实现。
• 语言实现：语言中一些特殊功能的实现。
• 调试：实现调试功能的代码。

C语言标准库（ANSI C）

包含：

• 标准输入输出（stdio.h）
• 文件操作（stdio.h）
• 字符操作（ctype.h）
• 字符串操作（string.h）
• 数学函数（math.h）
• 资源管理（stdlib.h）
• 格式转换（stdlib.h）
• 时间/日期（time.h）
• 断言（assert.h）
• 各种类型上的常数（limits.h & float.h）
• 变长参数（stdarg.h）
• 非局部跳转（setjmp.h）

海量数据处理

• 海量数据处理面试题集锦
• 十道海量数据处理面试题与十个方法大总结

音视频

• 最全实时音视频开发要用到的开源工程汇总
• 18个实时音视频开发中会用到开源项目

其他

书籍

• 《剑指Offer》
• 《编程珠玑》
• 《深度探索C++对象模型》
• 《Effective C++》
• 《More Effective C++》
• 《深入理解C++11》
• 《STL源码剖析》
• 《深入理解计算机系统》
• 《TCP/IP网络编程》
• 《程序员的自我修养》

复习刷题网站

• leetcode
• 牛客网
• 慕课网
• 菜鸟教程

招聘时间岗位

牛客网 . 2018 IT名企校招指南

面试题目经验

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