嵌入式软件开发 笔试和面试笔记 （未完结）

Posted 2022-02-12 haoming Hu

C/C++

1. 关键字

1.1 volatile 关键字

用volatile声明，该关键字的作用是防止优化编译器把变量从内存装入CPU寄存器中，让编译器每次操作该变量时一定要从内存中真正取出，而不是使用已经存在寄存器中的值。

场景

• 多线程应用中被几个任务共享的变量
• 中断服务程序中用到的变量
• 并行设备的硬件寄存器

1.2 static

一般分为三种情况

• 在函数体内部定义变量：这个变量只会被初始化一次，并且在其它地方多次调用这个函数的时候，这个变量的值保持不变
• 在一个模块（一个.c文件） 定义的变量：可以被模块内部的所有函数访问，但是不能被外部模块访问，相当于属于本模块的全局变量
• 在模块内声明的函数：只能在本模块的范围内调用，外部不能调用

static声明的所有对象，都只初始化一次，并且会保存在内存区域，生命周期和程序周期一致。

1.3 extern “C”

• 主要作用是为了能正确实现C++代码调用C代码，加上这个关键字之后，会告诉编译器这段代码按照C的编译规则编译

1.4 const

一般分为3个作用

• 定义变量为常量：定义之后，变量的值不能修改（即赋值），所以定义的时候一定要初始化

• 修饰形参：表示函数体内部不能对形参加以修改

• 修饰返回值：只对指针有意义，如果给用const修饰返回值的类型为指针，那么函数返回值（即指针)的内容是不能被修改的，而且这个返回值只能赋给被const修饰的指针。（如果是修饰普通返回值，那么这个返回这也是一个临时变量，可以认为没有意义 ）例如︰

  const char getchar()
  char *str = getchar() 	//错误
  const char *str = getchar   //正确
  

  场景：变量、数组、对象、指针、引用、返回值、在另一链接文件中引用const常量

1.5 new \\delete malloc\\free

• new \\delete是C++的操作符， malloc\\free是C标准库函数
• 对于非内部数据对象来说，只使用malloc是无法完成动态对象要求的，一般在创建对象时需要调用构造函数，对象消亡时，自动的调用析构函数。而malloc free是库函数而不是运算符，不在编译器控制范围之内，不能够自动调用构造函数和析构函数。而NEW在为对象申请分配内存空间时，可以自动调用构造函数，同时也可以完成对对象的初始化。同理，delete也可以自动调用析构函数。而mallloc只是做一件事，只是为变量分配了内存，同理，free也只是释放变量的内存。
• new返回的是指定类型的指针，并且可以自动计算所申请内存的大小。而malloc需要我们计算申请内存的大小，并且在返回时强行转换为实际类型的指针。

1.6 strlen 和 sizeof

• sizeof是运算符(事实上，sizeof既是关键字，也是运算符，但不是函数），而strlen是函数。
• sizeof运算符的结果类型是size_t，它在头文件中typedef为unsigned int类型。该类型保证能够容纳实现所建立的最大对象的字节大小
• sizeof可以用类型作为参数，strlen只能用char*作参数，而且必须是以“0结尾的。sizeof还可以以函数作为参数，如int g ( )，则sizeof ( g( ) )的值等于sizeof ( int的值，在32位计算机下，该值为4。）
• 大部分编译程序的sizeof都是在编译的时候计算的，所以可以通过sizeof ( x )来定义数组维数。而strlen则是在运行期计算的，用来计算字符串的实际长度，不是类型占内存的大小。例如，charstr[20]= "0123456789”，字符数组str是编译期大小已经固定的数组，在32位机器下，为sizeof ( char ) *20=20，而其strlen大小则是在运行期确定的，所以其值为字符串的实际长度10。5.当数组作为参数传给函数时，传递的是指针，而不是数组，即传递的是数组的首地址。
• 不用sizeof求int字节数 #define Mysizeof(value) (char * )(&value+1)-(char*)&value

1.7 struct union

• 结构体与联合体虽然都是由多个不同的数据类型成员组成的，但不同之处在于联合体中所有成员共用一块地址空间，即联合体只存放了一个被选中的成员，而结构体中所有成员占用空间是累加的，其所有成员都存在，不同成员会存放在不同的地址。在计算一个结构型变量的总长度时，其内存空间大小等于所有成员长度之和（需要考虑字节对齐），而在联合体中，所有成员不能同时占用内存空间，它们不能同时存在，所以一个联合型变量的长度等于其最长的成员的长度。
• 对于联合体的不同成员赋值，
• 会对它的其他成员重写，原来成员的值就不存在了，而对结构体的不同成员赋值是互不影响的。

1.8 ++a a++

• 后置自增运算符需要把原来变量的值复制到一个临时的存储空间，等运算结束后才会返回这个临时变量的值。所以前置自增运算符效率比后置自增要高

1.9 define 和 typedef的区别

Typedef和define都可以用来给对象取一个别名，但是两者却有着很大不同。

• 首先，二者执行时间不同

关键字typedef在编译阶段有效，由于是在编译阶段，因此typedef有类型检查的功能。Define则是宏定义，发生在预处理阶段，也就是编译之前，它只进行简单而机械的字符串替换，而不进行任何检查

#define用法例子：

#define f(x) x*x
void main( )

　int a=6，b=2，c；
　c=f(a) / f(b)；
　printf("%d //n"，c)；

程序的输出结果是: 36，根本原因就在于#define只是简单的字符串替换。

• 功能不同

Typedef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。

如： typedef int (*PF) (const char *, const char *);

定义一个指向函数的指针的数据类型PF，其中函数返回值为int，参数为const char *。

typedef 有另外一个重要的用途，那就是定义机器无关的类型，例如，你可以定义一个叫 REAL 的浮点类型，在目标机器上它可以i获得最高的精度：typedef long double REAL;
在不支持 long double 的机器上，该 typedef 看起来会是下面这样：typedef double REAL;
并且，在连 double 都不支持的机器上，该 typedef 看起来会是这样：typedef float REAL;

#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。

• 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A  ，不过一般不在函数内使用typedef
 

2 内存

2.1 分配方式

• 静态存储区分配：内存分配在程序编译之前完成，且在程序的整个运行期间都存在，例如全局变量、静态变量等。
• 栈上分配：在函数执行时，函数内的局部变量的存储单元在栈上创建，函数执行结束时这些存储单元自动释放。
• 堆上分配：

2.2 栈的作用

• 存储临时变量：形参、返回值
• 是多线程的基础，每个线程都会有独立的栈空间
• 中断 异常

2.3 压栈顺序

• 右–>左

2.4 C++的内存管理

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和静态变量
• 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

3. 指针

3.1 数组指针和指针数组的区别

• 数组指针就是指向数组的指针，它表示的是一个指针，这个指针指向的是一个数组，它重点是指针

 #include <stdio.h>
 #include <stdlib.h>
 void main()
 
     int b[12] = 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12;
     int (*p)[4];
     p=b;
     printf("%d\\n",**(++p));
 

程序的输出结果为5。
p是一个数组指针，它指向一个包含有4个int类型数组的指针，刚开始p被初始化为指向数组b的首地址并且占四个int的空间，++p相当于把p所指向的地址向后移动4个int所占用的空间，此时p指向数组(5,6,7,8)，语句*(++p)﹔表示的是这个数组中第一个元素的地址(可以理解p为指向二维数组的指针， 1,2,3.4 ， 5,6,7,8 ， 9,10,11,12。p指向的就是 1,2,3,4的地址，*p就是指向元素， 1,2,3,4，[p指向的就是1)，语句（++p )会输出这个数组的第一个元素5。

• 指针数组表示的是一个数组，而且数组中的每个元素都是一个指针

#include <stdio.h>
int main()

    int i;
    int *p[4];
    int a[4] = 1,2,3,4;
    p[0] = &a[0];
    p[1] = &a[1];
    p[2] = &a[2];
    p[3] = &a[3];
    for(i=0;i<4;i++)
    
        printf("%d",*p[i]);
    

结果为1234

3.2 函数指针和指针函数的区别

• 函数指针：在程序编译的时候会为已经定义了的函数分配一段存储空间，这段存储空间的首地址称为函数的地址，地址名字可以表示这个地址，所以当一个指针指向它这个地址的时候，这个指针被称为函数指针

  //函数指针的定义
  int (*p)(int ,int);
  

解释：由于（）的优先级比 * 的优先级要高，所以p先和结合，故p是一个指针，加上（int, int）就成为了函数指针，完整解释：定义了一个指针p，该指针变量可以指向返回值类型为int，两个int形参的函数，p的类型应该属于 int( * ) (int ,int)，*p的两端括号不能省略，如果省略的话那么就是成为了一个返回值类型为指针型的函数 ：int *p(int , int)

• 指针函数：一个返回值是地址的函数，函数返回子必须用同类型的指针变量来承接

  int *pfunc(int.int);   
  //等价于
  int *(pfunc(int,int))
  

3.3 数组名和指针的区别和联系

• 数据保存方面：指针保存的是地址（保存的是目标数据地址，自身的地址是由编译器分配），内存访问的偏移量是四个字节，跟位数有关。数组名表示的是第一个元素的地址，内存偏移量是保存的元素数据类型的偏移量，只有对数据名取地址（&）的时候才表示整个数组，内存偏移量是整个数组大小 sizeof(数组名)
• 数据访问方面：指针对数据的访问是间接访问，需要用到解引用符号—>*数组名。数组对数据的访问是直接访问，通过下表访问数组名+元素偏移方式
• 使用场景：指针多用于动态数据结构，如链表；数组多用于存储固定个数且类型统一的数据结构。

3.4 指针常量、常量指针、指向常量的常量指针有什么区别

• 指针常量：就是一个指向固定地址的指针，不能修改这个指针的指向，但是指向的地址的内容可以修改

  int * const p;
  

• 常量指针：就是指向常量的指针，不能通过这个指针来修改指向的值

  const int *p;
  int const *p;
  

• 指向常量的常量指针：必须满足指针常量和常量指针的两个内容，也就是说不可以修改指针的指向，也不可以修改指针指向地址的内容

  const int *const p;
  

3.5 指针的引用的区别？ 怎么转换

• 相同点：都是地址，引用是某块内存的别名，引用的本质是指针常量，指向对象不能变，但是指向对象的值看一遍，两者都是地址，所以都会占用内存

• 区别：

  • 指针是实体，引用是别名
  • 对++符号的意义不一样，指针是指地址偏移，引用的表示对应值的递增
  • 引用使用的时候无需解引用，指针需要解引用
  • 引用不能为空，必须是具体对象的引用，指针可以是一个空指针
  • sizeof计算引用的时候得到的是指向变量的大小，而指针一般是固定的大小，在32位系统中占4个字节

  #include "stdio.h"
  int main()
  
      int x=10;
      int *p = &x;  //指针
      int &q = x;  //q 是对x的引用， printf("%d",q)  的值就是x的值，不需要解引用符号 * 
      printf("%d %d \\n",*p,sizeof(p));
      printf("%d %d \\n",q,sizeof(q));
      
  
  

  

• 转化：

  • 指针转引用：把指针用 * 就可以转化为对象，可以用在引用参数当中
  • 引用转指针：把引用类型的对象用&取地址就可以得到指针。

3.6 指针的危险性

long * fellow;
*fellow = 223323;

fellow确实是一个指针，但是没有给这个指针赋予一个地址，所以这个指针将会被解释为存储值为223323的地址，如果这个时候我们的自己使用的变量用到的地址恰好是这个地址，那么这个时候就会出现难以调试的bug，因此，一定要在对指针进行解除引用运算符（*运算）之前，将指针初始化为一个确定的、适当的地址。

3.7 指针的递增递减操作

① 递增递减：

1. i++：先引用i的值，再进行加一，++i：先加一再引用。

② 优先级：* 、++i、–i的优先级相同，从右到左结合，i++、i–优先级比上面的三个要高

③ 运算：

1. *++p：先进行p++，指针地址往后，再使用 * 获取对应地址的值

2. ++*p：先获取当前p所指向地址的值，在将指针往后加一个单位的字节内存

3. (*p)++：括号优先级max，本质：对当前地址的实际值进行加一操作

4. *p++：++优先级max，本质：取p指向地址的下一个地址的值

3.8 野指针

1.野指针是指向不可用内存的指针，当指针被创建时，指针不可能自动指向NULL，这时，默认值是随机的，此时的指针成为野指针。
2.当指针被free或delete释放掉时，如果没有把指针设置为NULL，则会产生野指针，因为释放掉的仅仅是指针指向的内存，并没有把指针本身释放掉。
3.第三个造成野指针的原因是指针操作超越了变量的作用范围。

避免野指针

3.9 什么是智能指针（待完成）

网络编程

1. TCP 保证可靠性

• 序列号、确认应答（ack）、超时重传（ARQ）：数据到达接收方，接收方需要发出一个确认应答，表示已经收到该数据段，并且确认序号会说明了它下一次需要接收的数据序列号。如果发送发迟迟未收到确认应答，那么可能是发送的数据丢失，也可能是确认应答丢失，这时发送方在等待一定时间后会进行重传。这个时间一般是2*RTT(报文段往返时间)+一个偏差值。
• 窗口控制：TCP会利用窗口控制来提高传输速度，意思是在一个窗口大小内，不用一定要等到应答才能发送下一段数据，窗口大小就是无需等待确认而可以继续发送数据的最大值。如果不使用窗口控制，每一个没收到确认应答的数据都要重发。
  使用窗口控制，如果数据段1001-2000丢失，后面数据每次传输，确认应答都会不停地发送序号为1001的应答，表示我要接收1001开始的数据，发送端如果收到3次相同应答，就会立刻进行重发;但还有种情况有可能是数据都收到了，但是有的应答丢失了，这种情况不会进行重发，因为发送端知道，如果是数据段丢失，接收端不会放过它的，会疯狂向它提醒

2. 三次握手和四次挥手

• 三次握手：

  1. Client将标志位SYN置为1，随机产生一个值seq=，并将该数据包发送给Server ,Client进入SYN_SENT状态，等待Server确认。

  2. Server收到数据包后由标志位SYN=1知道Client请求建立连接，Server将标志位SYN和ACK都置为1 , ack=1，随机产生一个值seq=K，并将该数据包发送给Client以确认连接请求，Server进入SYN_RCVD状态。

  3. Client收到确认后，检查ack是否为1，ACK是否为1，如果正确则将标志位ACK置为1 ，ack=K 1，并将该数据包发送给Server ,Server检查ack是否为K1，ACK是否为1，如果正确则连接建立成功，Client和Server进入ESTABLISHED状态，完成三次握手，随后Client与Server之间可以开始传输数据了。

• 四次挥手：

  由于TCP连接时全双工的，因此，每个方向都必须要单独进行关闭，这一原则是当一方完成数据发送任务后，发送一个FIN来终止这一方向的连接，收到一个FIN只是意味着这一方向上没有数据流动了，即不会再收到数据了，但是在这个TCP连接上仍然能够发送数据，直到这一方向也发送了FIN。首先进行关闭的一方将执行主动关闭，而另一方则执行被动关闭。

  1. 数据传输结束后，客户端的应用进程发出连接释放报文段，并停止发送数据，客户端进入FIN_WAIT_1状态，此时客户端依然可以接收服务器发送来的数据。
  2. 服务器接收到FIN后，发送一个ACK给客户端，确认序号为收到的序号1，服务器进入CLOSE_WAIT状态。客户端收到后进入FIN_WAIT_2状态。
  3. 当服务器没有数据要发送时，服务器发送一个FIN报文，此时服务器进入LAST_ACK状态，等待客户端的确认
  4. 客户端收到服务器的FIN报文后，给服务器发送一个ACK报文，确认序列号为收到的序号1。此时客户端进入TIME_WAIT状态，等待2MSL ( MSL∶报文段最大生存时间），然后关闭连接。

3. TCP和UDP比较

• 1.TCP是面向连接的，UDP是面向无连接的

  2.UDP程序结构较简单
  3.TCP是面向字节流的，UDP是基于数据报的

  4.TCP保证数据正确性，UDP可能丢包
  5.TCP保证数据顺序，UDP不保证

• TCP优点：可靠，稳定TCP的可靠体现在TCP在传递数据之前，会有三次握手来建立连接，而且在数据传递时，有确认、窗口、重传、拥塞控制机制，在数据传完后，还会断开连接用来节约系统资源。

• TCP确定：慢，效率低，占用系统资源高，易被攻击TCP在传递数据之前，要先建连接，这会消耗时间，而且在数据传递时，确认机制、重传机制、拥塞控制机制等都会消耗大量的时间，而且要在每台设备上维护所有的传输连接，事实上，每个连接都会占用系统的CPU、内存等硬件资源。而且，因为TCP有确认机制、三次握手机制，这些也导致TCP容易被人利用，实现DOS、DDOS、CC等攻击。

• UDP优点：快，比TCP稍安全UDP没有TCP的握手、确认、窗口、重传、拥塞控制等机制，UDP是一个无状态的传输协议，所以它在传递数据时非常快。没有TCP的这些机制，UDP较TCP被攻击者利用的漏洞就要少一些。但UDP也是无法避免攻击的，比如:UDP Flood攻击。

• UDP缺点：不可靠，不稳定因为UDP没有TCP那些可靠的机制，在数据传递时，如果网络质量不好，就会很容易丢包。

4. TCP和UDP适用场景

• TCP应用场景：效率要求相对低，但对准确性要求相对高的场景。因为传输中需要对数据确认、重发、排序等操作，相比之下效率没有UDP高。举几个例子︰文件传输（准确高要求高、但是速度可以相对慢)、接受邮件.远程登录。
• UDP应用场景：效率要求相对高，对准确性要求相对低的场景。举几个例子:QQ聊天、在线视频、网络语音电话（即时通讯，速度要求高，但是出现偶尔断续不是太大问题，并且此处完全不可以使用重发机制)、广播通信〔广福、多播).

是一个无状态的传输协议，所以它在传递数据时非常快。没有TCP的这些机制，UDP较TCP被攻击者利用的漏洞就要少一些。但UDP也是无法避免攻击的，比如:UDP Flood攻击。

• UDP缺点：不可靠，不稳定因为UDP没有TCP那些可靠的机制，在数据传递时，如果网络质量不好，就会很容易丢包。

4. TCP和UDP适用场景

• TCP应用场景：效率要求相对低，但对准确性要求相对高的场景。因为传输中需要对数据确认、重发、排序等操作，相比之下效率没有UDP高。举几个例子︰文件传输（准确高要求高、但是速度可以相对慢)、接受邮件.远程登录。
• UDP应用场景：效率要求相对高，对准确性要求相对低的场景。举几个例子:QQ聊天、在线视频、网络语音电话（即时通讯，速度要求高，但是出现偶尔断续不是太大问题，并且此处完全不可以使用重发机制)、广播通信〔广福、多播).