概述#

好的面試官不會要求你用一個你不熟悉的語言編寫程式碼。如果 C++ 列在你的履歷上，你才可能被問到這類題目。即使記不住所有 API，大多數面試官也不會太在意，但建議熟悉基本的 C++ 語法。

類別與繼承（Classes and Inheritance）#

C++ 的類別與其他語言類似，但有一些語法差異。以下範例展示基本類別實作與繼承：

#include <iostream>
using namespace std;

#define NAME_SIZE 50 // Defines a macro

class Person {
    int id;           // all members are private by default
    char name[NAME_SIZE];

  public:
    void aboutMe() {
        cout << "I am a person.";
    }
};

class Student : public Person {
  public:
    void aboutMe() {
        cout << "I am a student.";
    }
};

int main() {
    Student * p = new Student();
    p->aboutMe(); // prints "I am a student."
    delete p;     // Important! Make sure to delete allocated memory.
    return 0;
}

C++ 中，所有資料成員和方法預設是 private。需要使用 public 關鍵字才能對外開放存取。

建構子與解構子（Constructors and Destructors）#

建構子（Constructor） 在物件建立時自動呼叫。若未定義，編譯器會自動產生預設建構子。

初始化基本型別的兩種寫法：

// 寫法一：在建構子主體中賦值
Person(int a) {
    id = a;
}

// 寫法二：使用初始化列表（Initializer List）
Person(int a) : id(a) {
    ...
}

初始化列表（id(a) 的寫法）會在物件建立前、建構子主體執行前完成賦值。當欄位為 const 或類別型別時，必須使用此寫法。

解構子（Destructor） 在物件銷毀時自動呼叫，負責釋放資源。解構子不接受參數：

~Person() {
    delete obj; // free any memory allocated within class
}

虛擬函式（Virtual Functions）#

考慮以下情境：

// 使用 Student* 型別
Student * p = new Student();
p->aboutMe(); // 呼叫 Student::aboutMe()

// 使用 Person* 型別
Person * p = new Student();
p->aboutMe(); // 呼叫 Person::aboutMe() ← 這不是我們想要的！

當使用父類別指標指向子類別物件時，若未宣告 virtual，方法呼叫會在編譯期決定（static binding），呼叫的是父類別的實作。

使用 virtual 關鍵字可以啟用動態綁定（dynamic binding）：

class Person {
    ...
    virtual void aboutMe() {
        cout << "I am a person.";
    }
};

class Student : public Person {
  public:
    void aboutMe() {
        cout << "I am a student.";
    }
};

純虛擬函式（Pure Virtual Function）#

若父類別的方法沒有合理的預設實作，可以將其宣告為純虛擬函式：

class Person {
    int id;
    char name[NAME_SIZE];
  public:
    virtual void aboutMe() {
        cout << "I am a person." << endl;
    }
    virtual bool addCourse(string s) = 0; // 純虛擬函式
};

宣告純虛擬函式後，Person 成為抽象類別，無法直接實例化。子類別必須提供實作。

虛擬解構子（Virtual Destructor）#

當使用父類別指標指向子類別物件，並刪除該物件時，若解構子不是 virtual，只有父類別的解構子會被呼叫，導致子類別的資源無法被清理。

有問題的版本：

class Person {
  public:
    ~Person() {
        cout << "Deleting a person." << endl;
    }
};

class Student : public Person {
  public:
    ~Student() {
        cout << "Deleting a student." << endl;
    }
};

int main() {
    Person * p = new Student();
    delete p; // 只印出 "Deleting a person."，Student 的記憶體可能未被清理
}

正確做法：將父類別解構子宣告為 virtual：

class Person {
  public:
    virtual ~Person() {
        cout << "Deleting a person." << endl;
    }
};

這樣 delete p 會依序輸出：

Deleting a student.
Deleting a person.

預設值（Default Values）#

函式可以為參數指定預設值。所有有預設值的參數必須位於參數列表的右側：

int func(int a, int b = 3) {
    x = a;
    y = b;
    return a + b;
}

w = func(4);    // b 使用預設值 3，w = 7
z = func(4, 5); // z = 9

運算子多載（Operator Overloading）#

運算子多載讓我們可以對自訂物件使用 + 等運算子：

BookShelf BookShelf::operator+(BookShelf &other) { ... }

指標與參考（Pointers and References）#

指標（Pointer）#

指標保存一個變數的記憶體位址，可以用來存取和修改該變數：

int * p = new int;
*p = 7;
int * q = p;
*p = 8;
cout << *q; // prints 8（p 和 q 指向同一記憶體位址）

指標的大小在 32 位元機器上為 32 bits，64 位元機器上為 64 bits。面試中可能會問某個資料結構佔用多少空間。

參考（Reference）#

參考是已存在物件的別名，不佔有自己的記憶體：

int a = 5;
int & b = a;
b = 7;
cout << a; // prints 7（修改 b 就是修改 a）

參考與指標的主要差異：

  • 參考不能為 null
  • 參考一旦初始化，不能指向另一個物件

指標算術（Pointer Arithmetic）#

int * p = new int[2];
p[0] = 0;
p[1] = 1;
p++;
cout << *p; // Outputs 1

p++ 會讓指標向前移動 sizeof(int) 個 bytes。如果指標型別不同，則跳過的 bytes 也不同。

模板（Templates）#

模板可以讓同一段程式碼適用於不同的資料型別，實現程式碼重用：

template <class T>class ShiftedList {
    T* array;
    int offset, size;
  public:
    ShiftedList(int sz) : offset(0), size(sz) {
        array = new T[size];
    }

    ~ShiftedList() {
        delete [] array;
    }

    void shiftBy(int n) {
        offset = (offset + n) % size;
    }

    T getAt(int i) {
        return array[convertIndex(i)];
    }

    void setAt(T item, int i) {
        array[convertIndex(i)] = item;
    }

  private:
    int convertIndex(int i) {
        int index = (i - offset) % size;
        while (index < 0) index += size;
        return index;
    }
};

面試題目列表#

題號題目
12.1Last K Lines：用 C++ 印出輸入檔案的最後 K 行
12.2Reverse String：實作 void reverse(char* str) 反轉字串
12.3Hash Table vs. STL Map：比較 Hash Table 和 STL Map 的差異
12.4Virtual Functions：virtual function 在 C++ 中如何運作？
12.5Shallow vs. Deep Copy：深拷貝與淺拷貝的差異及使用時機
12.6Volatile：C 中 volatile 關鍵字的意義
12.7Virtual Base Class：為何基底類別的解構子需要宣告為 virtual？
12.8Copy Node：實作方法，複製含有兩個 Node 指標的資料結構
12.9Smart Pointer：實作一個 smart pointer 類別
12.10Malloc：實作對齊的 malloc，使回傳的記憶體位址能被指定的 2 的冪次整除
12.112D Alloc：用 C 實作 my2DAlloc，以最少的 malloc 呼叫分配二維陣列
Backward Knowledge Based Java Forward