突破编程_C++_面试（基础知识（10））

面试题29：什么是嵌套类，它有什么作用

嵌套类指的是在一个类的内部定义的另一个类。嵌套类可以作为外部类的一个成员，但它与其声明类型紧密关联，不应被用作通用类型。嵌套类可以访问外部类的所有成员，包括私有成员，这是嵌套类的一个重要特性。
嵌套类的作用主要有以下几点：
（1）封装和隐藏实现细节：嵌套类可以用于隐藏实现细节，使得外部类看起来更加简洁和易于使用。
（2）提供服务：嵌套类通常是为外部类提供服务的，它可以访问外部类的所有成员，因此可以方便地实现与外部类相关的功能。
（3）代码组织：嵌套类可以用于组织代码，将相关的类放在一起，提高代码的可读性和可维护性。
需要注意的是，嵌套类不应被公开可见，除非必要。在设计良好的库中，开发人员几乎不需要使用嵌套类来实例化对象或声明变量。在大多数情况下，嵌套类应该被视为实现细节的一部分，而不是公开的 API 。
嵌套类访问权限遵循一般的类成员访问权限规则，嵌套类可以是 public 、 protected 或 private ，这取决于它们在外部类中的声明方式。这些访问修饰符决定了嵌套类在外部类的外部可见性和可访问性。
（1） public 嵌套类
如果嵌套类被声明为 public ，则它在外部类的外部是可见的，并且可以被任何能够访问外部类的代码所访问和使用。
（2） protected 嵌套类
如果嵌套类被声明为 protected ，则它在外部类的外部是不可见的，但可以被外部类的派生类访问。注意：一般很少将嵌套类定义成 protected 。
（3）Private嵌套类
如果嵌套类被声明为 private ，则它在外部类的外部是不可见的，并且只能被外部类的成员函数访问。
嵌套类在实现某些设计模式（如工厂模式、组合模式等）时也非常有用，典型的比如使用嵌套类实现工厂模式：

#include <iostream>  
#include <string>  

using namespace std;

// 外部类，作为工厂类的容器 
class AnimalFactory
{
public:
	// 嵌套类，定义不同的动物 
	class Animal
	{
	public:
		virtual void eat() {}
	};

	// 嵌套类，实现具体的动物类（猫）
	class Cat : public Animal
	{
	public:
		void eat() 
		{
			printf("cat eat\n");
		}
	};

	// 嵌套类，实现具体的动物类（狗）
	class Dog : public Animal
	{
	public:
		void eat()
		{
			printf("dog eat\n");
		}
	};

	// 工厂方法，根据传入的字符串创建相应的动物  
	static std::shared_ptr<Animal> createAnimal(const std::string& animalType) {
		if ("Cat" == animalType) 
		{
			return std::shared_ptr<Animal>(new Cat);
		}
		else if ("Dog" == animalType)
		{
			return std::shared_ptr<Animal>(new Dog);
		}
		return nullptr; // 如果类型不匹配，返回空指针  
	}
};

int main() 
{
	std::shared_ptr<AnimalFactory::Animal> cat = AnimalFactory::createAnimal("Cat");
	cat->eat();

	std::shared_ptr<AnimalFactory::Animal> dog = AnimalFactory::createAnimal("Dog");
	dog->eat();

	return 0;
}

上面代码的输出为：

cat eat
dog eat

在这个例子中，AnimalFactory 类包含了 3 嵌套类 Animal 、Cat 和 Dog，Cat 类和 Dog 类分别实现了 Animal 基类的 eat 方法。AnimalFactory 类还提供了一个静态工厂方法 createAnimal，该方法根据传入的字符串参数创建并返回相应类型的动物对象。main 函数中展示了如何使用工厂方法来创建和使用不同的对象。
使用嵌套类实现工厂模式的好处是，所有与形状相关的类都集中在 AnimalFactory 类中，这有助于保持代码的整洁和组织性。此外，通过将工厂方法放在 AnimalFactory 类中，可以确保只有这个类能够创建形状对象，这有助于控制对象的创建过程。

面试题30：什么是类静态成员，它有什么作用

类静态成员是类中声明为 static 的成员，包括静态成员变量和静态成员函数。静态数据成员是与类关联的全局变量，而不是与类的实例关联。静态成员函数可以在没有类实例的情况下调用，且只能访问静态成员变量或其他静态成员函数。
如下为类静态成员的样例：

#include <iostream> 

class MyClass
{
public:
	MyClass() {}
	~MyClass() {}

public:
	static void printStaticVal()
	{
		printf("static value = %d\n", m_staticVal);
	}

	static void setStaticVal(int val)
	{
		m_staticVal = val;
	}

private:
	static int m_staticVal;
};

int MyClass::m_staticVal = 0;

int main() 
{
	MyClass::setStaticVal(1);
	MyClass::printStaticVal();

	return 0;
}

上面代码的输出为：

static value = 1

上面代码中， MyClass 有一个静态成员变量 m_staticVal 和两个静态成员函数 printStaticVal 和 setStaticVal 。这些静态成员可以被类的任何对象访问，也可以直接通过类名访问。当通过 MyClass::setStaticVal 设置 m_staticVal 的值时，所有 m_staticVal 的对象都会看到相同的值，因为静态成员是共享的。
类静态成员有如下 5 个特点：
（1）存储：静态数据成员在内存中只有一份拷贝，无论创建多少个类的对象。
（2）初始化：静态数据成员在类外部进行初始化，且只初始化一次。
（3）访问：静态成员函数只能访问静态数据成员或其他静态成员函数，不能访问非静态成员。
（4）生命周期：静态成员的生命周期与程序的生命周期相同。
（5）共享：所有类的实例共享同一个静态数据成员。
类静态成员的主要作用是提供类级别的信息或功能，这些信息或功能与类的具体实例无关。静态数据成员可以用于存储类级别的常量、统计信息或共享资源。静态成员函数可以用于执行不依赖于类实例的操作，如修改静态数据成员或执行与类相关的全局操作。此外，静态成员函数还可以用于访问静态数据成员，并在没有类实例的情况下被调用。

面试题31：什么是浅拷贝和深拷贝，其各自适用的场景是什么

浅拷贝（ Shallow Copy ）：只复制对象的值或对象的引用（指针），但不复制对象引用的实际对象。如果对象内部包含动态分配的内存或其他资源，则这些资源在浅拷贝后会被多个对象共享，可能导致资源释放时的错误（如双重删除）。浅拷贝适用于对象间共享资源且不需要修改这些资源的场景。浅拷贝可以提高性能，因为不需要复制大量数据。但是，如果共享的资源被意外修改或释放，可能会导致问题。
深拷贝（ Deep Copy ）：复制对象的值以及对象引用的实际对象。对于包含动态分配内存的对象，深拷贝会创建这些内存区域的新副本，确保每个对象都有自己独立的资源副本。深拷贝适用于需要对象拥有独立资源副本的场景。深拷贝可以确保每个对象都可以独立修改资源而不会影响其他对象。但是，深拷贝可能占用更多的内存，并且在复制大量数据时可能会影响性能。

面试题32：C++中默认的拷贝构造函数执行的是深拷贝还是浅拷贝

C++ 中默认的拷贝构造函数执行的是浅拷贝。它只逐成员复制对象的内容，如果成员是指针或引用，那么它只是复制这些指针或引用的值，而不是它们所指向的实际对象。

面试题33：如何在C++中实现深拷贝

要实现深拷贝，需要自定义拷贝构造函数与重载赋值运算符，并在其中为动态分配的内存或其他资源创建新的副本。如下为样例代码：

#include <iostream>  

class MyClass 
{
public:
	MyClass(int value) {
		m_val = new int(value);
	}

	~MyClass() {
		delete m_val;
	}

	// 拷贝构造函数（深拷贝）  
	MyClass(const MyClass& other)
	{
		m_val = new int(*(other.m_val));
	}

	// 赋值运算符（深拷贝）  
	MyClass& operator=(const MyClass& other)
	{
		if (this != &other) 
		{
			delete m_val; // 先删除当前对象的数据  
			m_val = new int(*(other.m_val)); // 然后复制其他对象的数据  
		}
		return *this;
	}

public:
	void setVal(int val)
	{
		*m_val = val;
	}

	void printVal()
	{
		printf("val = %d\n",*m_val);
	}

private:
	int* m_val;
};

int main() {
	MyClass obj1(0);
	MyClass obj2 = obj1;
	obj2.setVal(1);	// 通过 obj2 对象修改值，obj1 不会被改变
	printf("obj1: ");
	obj1.printVal();
	printf("obj2: ");
	obj2.printVal();

	return 0;
}

上面代码的输出为：

obj1: val = 0
obj2: val = 1

在上面代码中，拷贝构造函数和赋值运算符都创建了一个新的整数，并复制了 obj1 对象中 m_val 指针指向的值。这样，每个对象都有自己独立的内存块，修改一个对象不会影响另一个对象。
深拷贝通常比浅拷贝更耗时和资源密集，因为它涉及到分配额外的内存和复制数据。然而，深拷贝提供了更好的数据完整性和安全性，特别是在涉及到多个对象共享同一份数据时。