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c++八股文1

news 2025/9/7 9:18:48

volatile关键字

易变性：就是确保变量的每次读取都从主内存中获取最新值，每次写入都立即反映到主内存中。

因为如果不这样可能在进行写入操作时，会先写入寄存器，这样就使其他线程在读取数据时还是没有更细的数据。

顺序执行：volatile 的第三个特性是保证对 volatile 变量操作的相对顺序。编译器不能对 volatile 操作的顺序进行重排序，必须按照代码中出现的顺序来生成指令。

这种顺序保证是有限的：它只保证 volatile 操作之间的相对顺序，不保证 volatile 操作与非 volatile 操作之间的顺序。也就是说，编译器仍然可能将非 volatile 操作重排序到 volatile 操作之前或之后。

不可优化性：volatile 最重要的作用就是阻止编译器对变量访问进行优化。编译器在优化代码时，通常会假设变量的值只在当前程序的控制下改变，因此可能会进行各种优化，比如：消除"冗余"的读取操作、将变量值缓存到寄存器中、或者完全移除看似无用的代码。

volatile int i;
i = 2;
printf("i: %d",i);
优化为printf("i: %d",2);

编译期（Compile Time）

什么是编译期？

编译期是指源代码被编译器处理转换成机器码的阶段。这个阶段发生在程序运行之前。

编译期的主要工作：

cpp

// 1. 语法检查
int x = "hello";  // ❌ 编译错误：类型不匹配// 2. 类型检查
std::string s = 123;  // ❌ 编译错误：不能将int转为string// 3. 模板实例化
template<typename T>
T add(T a, T b) { return a + b; }int result = add(1, 2);  // 🔄 编译时生成 add<int> 特化版本// 4. constexpr计算
constexpr int size = 100;  // 🔄 编译时计算并替换为100
int array[size];           // 🔄 编译时确定数组大小// 5. 宏展开
#define SQUARE(x) ((x)*(x))
int value = SQUARE(5);     // 🔄 编译时展开为 ((5)*(5))

编译期的特点：

发生时间：程序运行前
执行者：编译器
输入：源代码文件（.cpp, .h）
输出：可执行文件（.exe, .out）或目标文件（.o）
错误：编译错误（语法错误、类型错误等）

运行期（Run Time）

什么是运行期？

运行期是指编译后的可执行程序实际在操作系统上运行的阶段。

运行期的主要工作：

cpp

#include <iostream>
#include <vector>int main() {// 1. 用户输入处理int user_input;std::cout << "Enter a number: ";std::cin >> user_input;  // 🔄 运行时获取输入// 2. 动态内存分配std::vector<int> data(user_input);  // 🔄 运行时决定向量大小int* array = new int[user_input];   // 🔄 运行时分配内存// 3. 文件操作std::ifstream file("data.txt");  // 🔄 运行时打开文件std::string line;while (std::getline(file, line)) {// 🔄 运行时读取文件内容}// 4. 网络通信// 🔄 运行时建立网络连接，发送接收数据// 5. 异常处理try {if (user_input == 0) throw std::runtime_error("Division by zero");int result = 100 / user_input;  // 🔄 运行时可能抛出异常} catch (const std::exception& e) {std::cout << "Error: " << e.what() << std::endl;}delete[] array;  // 🔄 运行时释放内存return 0;
}

运行期的特点：

发生时间：程序启动后
执行者：CPU（执行机器指令）
输入：用户输入、文件数据、网络数据等
输出：程序运行结果
错误：运行时错误（除零、空指针、内存泄漏等）

两者的直观对比

编译期示例：

cpp

// 所有这些都在编译时完成
constexpr int calculate() { return 2 + 3 * 4; }  // 🔄 编译时计算：14
constexpr int result = calculate();              // 🔄 编译时替换为14// 编译后，代码相当于：
// constexpr int result = 14;

运行期示例：

cpp

#include <iostream>int calculate_runtime(int a, int b) {return a + b;  // 🔄 运行时计算
}int main() {int x, y;std::cin >> x >> y;  // 🔄 运行时获取输入int result = calculate_runtime(x, y);  // 🔄 运行时函数调用std::cout << result << std::endl;      // 🔄 运行时输出return 0;
}

为什么需要区分两者？

性能优化

cpp

// 编译期计算（零运行时开销）
constexpr double compile_time_pi = 3.1415926535;
double area = compile_time_pi * radius * radius;  // 🔄 编译时代入// 运行期计算（有运行时开销）
double runtime_pi = get_pi_from_file();  // 🔄 需要文件I/O
double area = runtime_pi * radius * radius;  // 🔄 运行时计算

错误检测时机

cpp

// 编译期错误（立即发现）
constexpr int value = "hello";  // ❌ 编译错误：类型不匹配// 运行期错误（可能很久才发现）
int divisor = get_user_input();
int result = 100 / divisor;  // ❌ 可能运行时除零错误

实际开发中的例子

游戏开发

cpp

// 编译期确定（游戏配置）
constexpr int MAX_PLAYERS = 4;      // 🔄 编译时确定
constexpr int SCREEN_WIDTH = 1920;  // 🔄 编译时确定// 运行期确定（游戏运行时）
int current_players;                // 🔄 运行时变化
Player players[MAX_PLAYERS];        // 🔄 编译时确定数组大小

数学计算

cpp

// 编译期计算（常数计算）
constexpr double PI = 3.141592653589793;
constexpr double DEG_TO_RAD = PI / 180.0;  // 🔄 编译时计算// 运行期计算（动态数据）
double calculate_angle(double x, double y) {return std::atan2(y, x) * 180.0 / PI;  // 🔄 运行时计算
}

总结

特性	编译期（Compile Time）	运行期（Run Time）
时间	程序运行前	程序运行中
执行者	编译器	CPU
工作内容	语法检查、类型检查、优化	实际计算、I/O操作
错误类型	编译错误	运行时错误
输入来源	源代码	用户输入、文件等
确定性	确定性的	可能不确定