C++ 开发工程师面试备战手册

本手册用于系统提升 C++ 代码组织能力、温习核心基础、备战技术面试。
每完成一项，请在 [ ] 中填入 x 变成 [x]，GitHub 会自动渲染为已勾选。
代码完成后提交到仓库并通知我检查，我会给出面试官视角的点评。

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项目结构

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├── CMakeLists.txt          # 根构建文件，定义通用编译函数
├── tests/
│   └── test_utils.h        # Google Test 测试框架（已被 GTest 替代）
│                          # 运行测试: ctest 或 ./build/week2/dayXX_name_test
├── weekN/
│   ├── CMakeLists.txt
│   ├── dayXX_xxx.h         # 接口声明（模板类含 TODO 骨架）
│   ├── dayXX_xxx.cpp       # 实现骨架（非模板类，用户填写）
│   ├── dayXX_xxx_test.cpp  # 预置测试（完善后验证功能）
│   └── ...
├── docs/
│   └── weekN_code_review.md
└── build/

两种练习模式

模式	适用周	特点
实现即运行 (Week 1)	3-8 周	单 .cpp 自包含，含 main()，直接编译运行
测试驱动 (Week 2+)	2 周起	接口 .h + 实现 .cpp + 独立测试 .cpp

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测试驱动工作流

从第 2 周开始，采用"声明 + 实现 + 测试"分离的模式：

每天的文件结构

• .h 文件 — 接口声明 + TODO 标记，说明需要实现哪些函数
• .cpp 文件 — 实现骨架，用户填写具体逻辑
• _test.cpp 文件 — 预置的完整测试套件，覆盖正常/边界/异常场景

你的工作流

1. 阅读 .h 文件            ← 了解需要实现的接口
2. 尝试编译 test            ← 链接失败，看到"未实现"清单
3. 在 .cpp 或 .h 中实现     ← 填写 TODO 代码
4. 重新编译并运行 test      ← 验证实现是否正确
5. 绿色通过 → 打卡完成      ← 所有 GTest 测试通过

示例（Day01 — FileReader）

# 1. 尝试编译测试（预期：编译成功但部分测试失败）
cd build && cmake .. && make day01_file_reader_test
./week2/day01_file_reader_test
# → 输出部分 FAIL（因为骨架函数是空的）

# 2. 在 day01_file_reader.cpp 中实现 FileReader

# 3. 重新编译并运行
make day01_file_reader_test && ./week2/day01_file_reader_test
# → 全部 PASS

模板类的特殊情况

对于 ScopedMutex、unique_ptr、shared_ptr 等模板类：

• 实现直接写在 .h 文件中（模板必须）
• .cpp 文件仅起占位作用
• 编译测试时会出现 undefined reference 错误，指明哪些函数未实现

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测试框架

Google Test 提供以下断言宏：

宏	用途
EXPECT_TRUE(cond) / ASSERT_TRUE(cond)	检查条件是否成立
EXPECT_EQ(a, b) / ASSERT_EQ(a, b)	检查两个值是否相等
EXPECT_THROW(expr, ExType)	检查表达式是否抛出指定异常
EXPECT_NO_THROW(expr)	检查表达式不抛异常
TEST(Suite, Name)	定义一个测试用例

所有测试输出统一由 GTest 管理，运行测试直接执行 ./build/week2/dayXX_name_test， 或通过 ctest 批量运行。

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📅 第一部分：8 周代码组织能力提升计划

第 1 周：基础封装 —— 消除全局变量

• 周一：手写 Counter 类，increment() / decrement() / get()，数据 private
• 周二：给 Counter 添加 std::mutex 成员，实现线程安全，接口不变
• 周三：手写 ThreadSafeQueue<int>，内部 std::queue + std::mutex
• 周四：添加 wait_and_pop()，使用 std::condition_variable
• 周五：用自己写的队列重写生产者-消费者，main() 不超过 30 行，无裸 new/delete

检验标准：无全局变量、调用方无直接加锁/解锁

📖 代码审查报告：docs/week1_code_review.md

第 2 周：RAII 与资源管理

• 周一：手写 FileReader，构造打开文件，析构自动 close
• 周二：手写 ScopedMutex（类似 std::lock_guard），构造加锁，析构解锁
• 周三：手写极简 unique_ptr<T>，支持移动，禁止拷贝
• 周四：手写极简 shared_ptr<T>，带引用计数
• 周五：用 unique_ptr 改写链表，零 delete 关键字

检验标准：资源生命周期与对象绑定，无手动释放

🧪 测试验证：make dayXX_name_test && ./build/week2/dayXX_name_test

第 3 周：生产者 - 消费者专题（高频手撕）

• 周一：互斥锁 + 条件变量版（支持优雅退出 stop() + notify_all()）
• 周二：信号量版（C++20 std::counting_semaphore）
• 周三：无锁队列版（SPSC，std::atomic + 环形缓冲区）
• 周四：多生产者多消费者版（正确同步）
• 周五：有界队列版（满时生产者阻塞）

检验标准：线程安全，无死锁，可自动退出

第 4 周：线程池

• 周一至周二：固定线程数 ThreadPool，submit 返回 std::future
• 周三至周四：用 std::priority_queue 实现任务优先级
• 周五：实现优雅退出（等待所有任务完成再析构线程）

检验标准：10 行内启动线程池并获取结果

第 5 周：状态机编程

• 周一至周二：TCP 三次握手状态机（CLOSED / SYN_SENT / ESTABLISHED）
• 周三至周四：HTTP 请求解析器，逐字节驱动状态转移
• 周五：复盘简历 HTTP Server 项目的解析状态机

检验标准：每个 case 不超过 10 行，状态图清晰

第 6 周：观察者模式与回调

• 周一至周二：纯虚接口版 Subject / Observer，通知时遍历列表
• 周三至周四：用 std::function 实现回调版，无侵入
• 周五：解释 Qt 信号槽是观察者模式的进化，结合文档再编辑项目

检验标准：头文件无相互引用

第 7 周：单例与工厂

• 周一至周二：手写 Meyers' Singleton（线程安全），解释 C++11 保证
• 周三至周四：手写工厂模式，map<string, function<Base*()>> 注册产品
• 周五：复盘文档格式化项目中的 Word/Excel/PPT 导出工厂

检验标准：单例 10 行内，工厂一行注册

第 8 周：综合模拟面试

• 自选一题闭卷手写：内存池 / LRU Cache / 无锁队列
• 录制自己讲解设计决策，检查表达是否流畅

检验标准：30 分钟内无结构性问题，能清晰阐述取舍原因

💡 周次说明：第 3 周起延续 Week 1 的"实现即运行"模式（单 .cpp）， 第 2 周的"头文件 + 实现 + 测试"分离模式仅用于引入 RAII 这一核心概念时 提供更严谨的验证。

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🧠 第二部分：C++ 核心知识背诵卡

对象模型

• 虚函数表：每个含虚函数的类有一张表（存放在只读数据段），对象首部存 vptr
• 多继承：多个 vptr，B* b = c 指针可能偏移 sizeof(A)（你上次答错，务必牢记）
• 虚继承：用 vbptr 指向虚基类表，消除菱形继承的冗余
• 构造/析构中的虚函数：调用当前类的版本，不具备多态性（析构也一样）
• dynamic_cast：依赖 vtable 中的 type_info，运行时检查，失败返回 nullptr 或抛异常
• 内存对齐：成员按照自身大小对齐，类大小是最宽成员的整数倍

STL 核心

• vector 扩容：GCC 2 倍，VS 1.5 倍；push_back 多一次临时对象构造，优先用 emplace_back
• map vs unordered_map：红黑树（有序）vs 哈希表（O(1) 查找）
• 迭代器失效：vector 插入/删除可能导致全部失效；list/map 只有被删除元素失效

智能指针

• shared_ptr：两个指针（对象 + 控制块），引用计数线程安全，对象本身不是
• weak_ptr：打破循环引用，lock() 返回临时 shared_ptr，对象销毁后返回空
• make_shared：一次分配对象和控制块，高效；new shared_ptr 两次分配
• enable_shared_from_this：安全获取 this 的 shared_ptr

模板元编程（支撑你的 XML 反射项目）

• SFINAE：替换失败不是错误，匹配重载时淘汰无效版本
• 完美转发：T&& + std::forward<T> 保留左右值属性
• std::is_polymorphic：利用 dynamic_cast<void*> 只能用于多态类的规则检测

编译与链接

• 编译四步：预处理 → 编译 → 汇编 → 链接
• 动态库 PLT/GOT：延迟绑定，首次调用时解析地址填表
• 符号可见性：-fvisibility=hidden 默认隐藏，__attribute__((visibility("default"))) 导出，可减小 SO 体积 30%+
• extern "C"：阻止 Name Mangling，JNI 和动态库导出必须使用

并发与网络

• volatile vs atomic：volatile 防编译器优化，不保证原子性和内存序；atomic 保证两者
• Epoll ET：必须循环读直到 EAGAIN，配合非阻塞 IO
• Reactor vs Proactor：前者同步非阻塞（epoll），后者异步 IO（IOCP/io_uring）
• 零拷贝：sendfile 减少上下文切换和 CPU 拷贝
• TIME_WAIT：主动关闭方等待 2MSL，确保最后的 ACK 能到达，用 SO_REUSEADDR 缓解

设计模式

• RAII：资源获取即初始化，智能指针、lock_guard 都是实例
• 单例：Meyers' Singleton，C++11 static 局部变量线程安全
• 工厂：map 注册创建函数，扩展新产品不改现有代码
• 观察者：Qt 信号槽、回调函数都是其变体

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📌 使用说明

1. 打卡：每完成当天练习，修改前面的 [ ] 为 [x] 并提交到 GitHub。
2. 测试驱动：从第 2 周起，完成实现后运行对应的 _test 目标验证正确性。
3. 提交检查：练习代码 push 后通知我，我会逐行点评并给出改进建议。
4. 复习：面试前 30 分钟，快速浏览第二部分背诵卡的加粗结论。
5. 记录：遇到新的面试题或知识点，随时补充到对应章节。