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huihut fcf3f30ffd 附上《计算机网络（第7版）-谢希仁》书中对此章的详细描述

2018-03-09 21:19:04 +08:00

55 KiB

Raw Blame History

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

修饰变量，说明该变量不可以被改变；
修饰指针，分为指向常量的指针和指针常量；
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；
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

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。
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。
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。
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

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。
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。
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。
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）；
由于 this 并不是一个常规变量，所以，不能取得 this 的地址。
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

将inline函数体复制到inline函数调用点处；
为所用inline函数中的局部变量分配内存空间；
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；
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

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。
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。
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。
内联函数在运行时可调试，而宏定义不可以。

缺点

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。
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。
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。

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" };
```

内存分配和管理

malloc、calloc、realloc、alloca

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。
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
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
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

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）。
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。
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;
}

智能指针

C++标准库（STL）中

头文件：#include <memory>

C++98

std::auto_ptr<std::string> ps (new std::string(str))；

C++11

shared_ptr
unique_ptr
weak_ptr
auto_ptr

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++

视C++为一个语言联邦（C、Object-Oriented C++、Template C++、STL）
尽量以const、enum、inline替换#define（宁可以编译器替换预处理器）
尽可能使用const
确定对象被使用前已先被初始化
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

图片来源于：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

非空二叉树第 i 层最多 2^(i-1) 个结点 (i >= 1)
深度为 k 的二叉树最多 2^k - 1 个结点 (k >= 1)
度为 0 的结点数为 n0，度为 2 的结点数为 n2，则 n0 = n2 + 1
有 n 个结点的完全二叉树深度 k = ⌊ log2(n) ⌋ + 1
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

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

查找

Problems

Single Problem

Leetcode Problems

Array

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

计算机经网络体系结构：

物理层

传输数据的单位 ———— 比特
数据传输系统：源系统（源点、发送器） --> 传输系统 --> 目的系统（接收器、终点）

通道：

单向通道（单工通道）：只有一个方向通信，没有反方向交互，如广播
双向交替通行（半双工通信）：通信双方都可发消息，但不能同时发送或接收
双向同时通信（全双工通信）：通信双方可以同时发送和接收信息

通道复用技术：

频分复用（FDM，Frequency Division Multiplexing）：不同用户在不同频带，所用用户在同样时间占用不同带宽资源
时分复用（TDM，Time Division Multiplexing）：不同用户在同一时间段的不同时间片，所有用户在不同时间占用同样的频带宽度
波分复用（WDM，Wavelength Division Multiplexing）：光的频分复用
码分复用（CDM，Code Division Multiplexing）：不同用户使用不同的码，可以在同样时间使用同样频带通信

数据链路层

主要信道：

点对点信道
广播信道

点对点信道

数据单元 ———— 帧

三个基本问题：

封装成帧：把网络层的IP数据报封装成帧，SOH - 数据部分 - EOT
透明传输：不管数据部分什么字符，都能传输出去；可以通过字节填充方法解决（冲突字符前加转义字符）
差错检测：降低误码率（BER，Bit Error Rate），广泛使用循环冗余检测（CRC，Cyclic Redundancy Check）

点对点协议（Point-to-Point Protocol）：

点对点协议（Point-to-Point Protocol）：用户计算机和ISP通信时所使用的协议

广播信道

广播通信：

硬件地址（物理地址、MAC地址）
单播（unicast）帧（一对一）：收到的帧的MAC地址与本站的硬件地址相同
广播（broadcast）帧（一对全体）：发送给本局域网上所有站点的帧
多播（multicast）帧（一对多）：发送给本局域网上一部分站点的帧

网络层

IP（Internet Protocol，网际协议）是为计算机网络相互连接进行通信而设计的协议。
ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议）
ICMP（Internet Control Message Protocol，网际控制报文协议）
IGMP（Internet Group Management Protocol，网际组管理协议）

IP 网际协议

IP地址分类：

IP地址 ::= {<网络号>,<主机号>}

IP地址类别	网络号	网络范围	主机号	IP地址范围
A 类	8bit，第一位固定为 0	0 —— 127	24bit	1.0.0.0 —— 127.255.255.255
B 类	16bit，前两位固定为 10	128.0 —— 191.255	16bit	128.0.0.0 —— 191.255.255.255
C 类	24bit，前三位固定为 110	192.0.0 —— 223.255.255	8bit	192.0.0.0 —— 223.255.255.255
D 类	前四位固定为 1110，后面为多播地址
E 类	前五位固定为 11110，后面保留为今后所用

IP 数据报格式：

ICMP 网际控制报文协议

ICMP 报文格式：

应用：

PING（Packet InterNet Groper，分组网间探测）测试两个主机之间的连通性
- TTL（Time To Live，生存时间）该字段指定IP包被路由器丢弃之前允许通过的最大网段数量

内部网关协议

RIP（Routing Information Protocol，路由信息协议）
OSPF（Open Sortest Path First，开放最短路径优先）

外部网关协议

BGP（Border Gateway Protocol，边界网关协议）

IP多播

IGMP（Internet Group Management Protocol，网际组管理协议）
多播路由选择协议

VPN 和 NAT

VPN（Virtual Private Network，虚拟专用网）
NAT（Network Address Translation，网络地址转换）

运输层

协议：

TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）
UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）

端口：

应用程序	FTP	TELNET	SMTP	DNS	TFTP	HTTP	HTTPS	SNMP
端口号	21	23	25	53	69	80	443	161

TCP

TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，其传输的单位是报文段。

特征：

面向连接
只能点对点（一对一）通信
可靠交互
全双工通信
面向字节流

特殊功能：

超时重传
流量控制
拥塞控制

TCP 报文结构

TCP 首部

UDP

UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）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，其传输的单位是用户数据报。

特征：

无连接
尽最大努力交付
面向报文
没有拥塞控制
支持一对一、一对多、多对一、多对多的交互通信
首部开销小

UDP 报文结构

UDP 首部

TCP/UDP 图片来源于：https://github.com/JerryC8080/understand-tcp-udp

TCP传输连接管理

TCP 三次握手建立连接

TCP 四次握手释放连接

因为TCP三次握手建立连接、四次握手释放连接很重要，所以附上《计算机网络（第7版）-谢希仁》书中对此章的详细描述：https://github.com/huihut/interview/blob/master/images/TCP-transport-connection-management.png

应用层

DNS

DNS（Domain Name System，域名系统）是互联网的一项服务。它作为将域名和IP地址相互映射的一个分布式数据库，能够使人更方便地访问互联网。DNS使用TCP和UDP端口53。当前，对于每一级域名长度的限制是63个字符，域名总长度则不能超过253个字符。

域名：

域名 ::= {<三级域名>.<二级域名>.<顶级域名>}，如：blog.huihut.com

FTP

FTP（File Transfer Protocol，文件传输协议）是用于在网络上进行文件传输的一套标准协议，使用客户/服务器模式，使用TCP数据报，提供交互式访问，双向传输。
TFTP（Trivial File Transfer Protocol，简单文件传输协议）一个小且易实现的文件传输协议，也使用客户-服务器方式，使用UDP数据报，只支持文件传输而不支持交互，没有列目录，不能对用户进行身份鉴定

TELNET

TELNET协议是TCP/IP协议族中的一员，是Internet远程登陆服务的标准协议和主要方式。它为用户提供了在本地计算机上完成远程主机工作的能力。
HTTP（HyperText Transfer Protocol，超文本传输协议）是用于从WWW（World Wide Web，万维网）服务器传输超文本到本地浏览器的传送协议。
SMTP（Simple Mail Transfer Protocol，简单邮件传输协议）是一组用于由源地址到目的地址传送邮件的规则，由它来控制信件的中转方式。SMTP协议属于TCP/IP协议簇，它帮助每台计算机在发送或中转信件时找到下一个目的地。
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。

WWW

WWW（World Wide Web，环球信息网，万维网）是一个由许多互相链接的超文本组成的系统，通过互联网访问

URL

URL（Uniform Resource Locator，统一资源定位符）是因特网上标准的资源的地址（Address）

标准格式：

协议类型:[//服务器地址[:端口号]][/资源层级UNIX文件路径]文件名[?查询][#片段ID]

完整格式：

协议类型:[//[访问资源需要的凭证信息@]服务器地址[:端口号]][/资源层级UNIX文件路径]文件名[?查询][#片段ID]

其中【访问凭证信息@；:端口号；?查询；#片段ID】都属于选填项
如：https://github.com/huihut/interview#cc

HTTP

HTTP（HyperText Transfer Protocol，超文本传输协议）是一种用于分布式、协作式和超媒体信息系统的应用层协议。HTTP是万维网的数据通信的基础。

请求方法

方法	意义
OPTIONS	请求一些选项信息，允许客户端查看服务器的性能
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
TRACE	回显服务器收到的请求，主要用于测试或诊断

状态吗（Status-Code）

1xx：表示通知信息，如请求收到了或正在进行处理
- 100 Continue：继续，客户端应继续其请求
- 101 Switching Protocols 切换协议。服务器根据客户端的请求切换协议。只能切换到更高级的协议，例如，切换到HTTP的新版本协议
2xx：表示成功，如接收或知道了
- 200 OK: 请求成功
3xx：表示重定向，如要完成请求还必须采取进一步的行动
- 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
4xx：表示客户的差错，如请求中有错误的语法或不能完成
- 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
5xx：表示服务器的差错，如服务器失效无法完成请求
- 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

菜鸟教程 . HTTP状态码

其他协议

SMTP（Simple Main Transfer Protocol，简单邮件传输协议）是在Internet传输email的标准，是一个相对简单的基于文本的协议。在其之上指定了一条消息的一个或多个接收者（在大多数情况下被确认是存在的），然后消息文本会被传输。可以很简单地通过telnet程序来测试一个SMTP服务器。SMTP使用TCP端口25。
DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机设置协议）是一个局域网的网络协议，使用UDP协议工作，主要有两个用途：
- 用于内部网络或网络服务供应商自动分配IP地址给用户
- 用于内部网络管理员作为对所有电脑作中央管理的手段
SNMP（Simple Network Management Protocol，简单网络管理协议）构成了互联网工程工作小组（IETF，Internet Engineering Task Force）定义的Internet协议族的一部分。该协议能够支持网络管理系统，用以监测连接到网络上的设备是否有任何引起管理上关注的情况。

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：

客户端向服务器发送一个SYN J
服务器向客户端响应一个SYN K，并对SYN J进行确认ACK J+1
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：

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；
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；
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；
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：

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；
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；
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；
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

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）
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）
汇编（汇编器把汇编码翻译成机器码，生成.o文件）
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

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）
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）。
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。
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：

初始化和OS版本有关的全局变量。
初始化堆。
初始化I/O。
获取命令行参数和环境变量。
初始化C库的一些数据。
调用main并记录返回值。
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

音视频

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

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