C 语言编程面试题经典汇总

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C语言编程面试题经典汇总：助你轻松应对技术面试

一、基础语法与数据类型

C语言作为编程界的常青树，其基础语法和数据类型是面试必考内容。以下是一些经典面试题：

指针与引用的区别：指针存储的是内存地址，而引用是变量的别名。指针可以为NULL，引用必须初始化且不能改变指向。
const关键字的作用：const可以修饰变量、指针和函数参数，表示不可修改。例如const int p表示指针指向的内容不可变，int const p表示指针本身不可变。
static关键字的三种用法：在函数内部修饰变量使其成为静态局部变量；在函数外部修饰变量或函数限制其作用域为当前文件；在类中修饰成员变量或函数。
volatile关键字的意义：告诉编译器该变量可能被意外修改，避免编译器优化导致读取错误。常用于硬件寄存器或多线程环境。

二、内存管理与指针操作

内存管理是C语言的核心，也是面试官最爱考察的重点领域。

malloc/free与new/delete的区别：malloc/free是C标准库函数，new/delete是C++运算符。new会调用构造函数，delete会调用析构函数。
内存泄漏的检测与预防：常见工具有Valgrind、mtrace等。预防措施包括：谁分配谁释放、使用智能指针、编写内存管理类等。
野指针与悬垂指针问题：野指针指向已释放或未分配的内存，悬垂指针指向已被释放的对象。解决方案是释放后置NULL。
内存对齐的意义：提高访问效率，减少CPU访问内存次数。结构体对齐可通过#pragma pack(n)控制。

三、算法与数据结构实现

虽然现代开发中很多高级数据结构已被封装，但理解底层实现仍是C程序员的基本功。

链表常见操作：反转链表、检测环、合并两个有序链表、删除倒数第N个节点等。例如反转链表的迭代实现：

struct ListNode* reverseList(struct ListNode* head) {
struct ListNode *prev = NULL, *curr = head, *next = NULL;
while (curr) {
    next = curr->next;
    curr->next = prev;
    prev = curr;
    curr = next;
}
return prev;
}

二叉树遍历：前序、中序、后序的递归和非递归实现，层次遍历。非递归实现通常需要借助栈或队列。
排序算法比较：快速排序、归并排序、堆排序的时间复杂度都是O(nlogn)，但快速排序在平均情况下最快，归并排序稳定，堆排序空间复杂度最优。
哈希表冲突解决：开放定址法（线性探测、二次探测）、链地址法、再哈希法等。STL中的unordered_map采用链地址法。

四、多线程与并发编程

随着多核处理器普及，并发编程能力成为衡量程序员水平的重要指标。

线程与进程的区别：线程是CPU调度的基本单位，共享进程资源；进程是资源分配的基本单位，有独立地址空间。线程切换开销小，但缺乏保护。

线程同步方法：互斥锁、条件变量、信号量、读写锁等。例如使用互斥锁保护共享数据：

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
void* thread_func(void* arg) {
pthread_mutex_lock(&mutex);
// 临界区代码
pthread_mutex_unlock(&mutex);
return NULL;
}

死锁的四个必要条件：互斥条件、请求与保持、不剥夺条件、循环等待。预防死锁可破坏任一条件。
原子操作与内存屏障：原子操作不可分割，如gcc提供的sync系列函数。内存屏障（如sync_synchronize）防止指令重排序。

五、网络编程与系统调用

网络编程能力是后端开发的必备技能，系统调用则体现了对操作系统原理的理解。

TCP三次握手与四次挥手：SYN、SYN-ACK、ACK建立连接；FIN-ACK、FIN-ACK关闭连接。TIME_WAIT状态持续2MSL确保最后一个ACK到达。
select/poll/epoll的区别：select有文件描述符数量限制，poll无限制但都需要遍历所有fd；epoll使用回调机制，效率最高。
进程间通信方式：管道、消息队列、共享内存、信号量、套接字等。共享内存最快但需要同步机制。
文件I/O性能优化：使用mmap内存映射减少拷贝，O_DIRECT绕过页缓存，异步IO重叠计算与IO，合理设置缓冲区大小。

六、代码质量与调试技巧

写出健壮代码和高效调试的能力同样重要，这往往决定实际工作效率。

断言的使用场景：检查不可能发生的情况，如函数前置条件、后置条件。生产环境通常禁用断言。
GDB常用命令：break设断点，run运行，next单步，print查看变量，backtrace查看调用栈，watch设置观察点。
防御性编程技巧：检查指针非空，验证输入参数，处理错误返回值，添加日志记录，编写单元测试。
代码重构原则：DRY（不要重复自己）、单一职责、开放封闭、里氏替换等。重构前确保有完备测试用例。

七、嵌入式与性能优化

在资源受限环境中，每个字节和CPU周期都弥足珍贵。

寄存器变量优化：register关键字建议编译器将变量放入寄存器，但现代编译器通常能自动优化。
结构体打包技巧：按对齐要求排列成员，使用位域节省空间，pragma pack减小填充。例如：
```
struct packed_struct {
uint32_t a;
uint16_t b;
uint8_t c;
uint8_t d:4;
uint8_t e:4;
} __attribute__((packed));
```
内联函数与宏的选择：内联函数有类型检查、调试方便；宏更灵活但易出错。性能关键路径可考虑内联。
缓存友好代码编写：顺序访问内存，减少缓存行冲突，预取数据，避免false sharing（如用__declspec(align)对齐）。