C++面试八股文：什么是空指针/野指针/悬垂指针？

某日二师兄参加XXX科技公司的C++工程师开发岗位第30面：

面试官：什么是空指针？

二师兄：一般我们将等于0/NULL/nullptr的指针称为空指针。空指针不能被解引用，但是可以对空指针取地址。

int* p = nullptr;    //空指针
*p = 42;    //空指针不可以解引用
int** pp = &p    //空指针可以取地址

面试官：你知道0/NULL/nullptr三者之间的区别吗？

二师兄：虽然三者都能定义空指针，但三者类型不同。

二师兄：0是int类型，NULL在g++下是一个宏定义，而nullptr是有类型的；

#define NULL ((void *)0)

typedef decltype(nullptr) nullptr_t;

sizeof(0);// 4
sizeof(NULL);//8
sizeof(nullptr);//8

二师兄：在函数重载时，会根据实参的类型选择重载函数：

#include <iostream>
void fun(int) {std::cout << "int" << std::endl;}
void fun(int*) {std::cout << "int*" << std::endl;}
void fun(nullptr_t) {std::cout << "nullptr_t" << std::endl;}
int main(int argc, char const *argv[])
{
    fun(0);    //编译通过，匹配fun(int)
    fun(NULL);    //编译失败，可以匹配 fun(int) fun(int*) fun(nullptr_t)
    fun(nullptr);    //编译成功，匹配fun(nullptr_t)
    return 0;
}

二师兄：在C++11之后，建议使用nullptr定义空指针，因为它时有类型的，编译器能够对它进行类型检查。

面试官：什么是野指针？

二师兄：野指针突出一个野字，这个野就是状态未知的。它可能指向一块未知的区域：

int* p;        //野指针，指针未初始化
*p = 42;    //对野指针解引用，未定义的操作

面试官：什么是垂悬指针？

二师兄：垂悬指针是指指针指向的内容已被释放，指针指向的对象的生命周期已结束。

int* p = new int(42);
delete p;
*p = 1024;    //垂悬指针，指针指向的对象已被释放

int* p = nullptr;
{
    int i = 42;
    p = &i;
}
*p = 1024; //垂悬指针，指向的对象的生命周期已结束

面试官：如何解决空指针、野指针、垂悬指针带来的问题？

二师兄：主要可以从有以下几点入手：

1.在解引用指针之前，要判断指针是否为空。（解决空指针解引用问题）

2.对于定义的指针，一定要进行初始化（=nullptr）。（解决野指针问题）

3.对于释放过内容的指针，立即将指针置为nullptr。（解决垂悬指针、指针二次释放问题）

4.要注意长生命周期的指针不能指向短生命周期的对象。（解决垂悬指针问题）

5.C++11之后使用智能指针。

面试官：好的。那你知道什么是内存泄漏（memory leak）吗?

二师兄：内存泄漏是指分配的内存空间没有被正确释放的情况。常见的情况有malloc没有free，new没有delete，new[]和delete混用。

面试官：如何防范内存泄漏问题？

二师兄：最简单的办法是使用资源获取即初始化（RAII）技术将资源放在类中管理，在类构造时获取资源（malloc/new）,在类的析构函数中释放资源（free/delete），使用C++的构造和析构机制保证资源的正确申请和释放。

二师兄：我们常用的std::shared_ptr和std::unique_ptr及std::lock_guard就是采用这种技术管理资源。

面试官：最后一个问题，如何查找程序中是否出现了内存泄漏？

二师兄：只要有两种方法：

1.自己动手：把所有使用malloc/free的地方改成new/delete，重载全局的new和delete，并加入申请和释放内存容量的统计逻辑。

2.采用工具：可以使用诸如Valgrind（在Linux上）或Dr. Memory（在Windows上）等内存调试工具来检测内存泄漏。这些工具可以在运行程序时检测内存泄漏，并提供详细的报告和调试信息。

面试官：好的。今天的面试结束，请等消息。

今天的面试到这里就结束了，祝大家周末愉快~

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