八股-2025.10.11

1.C++ 的多态机制与虚函数实现原理

当用基类指针或者引用调用同名函数时，能自动根据指针/引用指向的“对象实际类型”，匹配对应的子类实现，而不是由指针本身的类型决定。而实现这一切，底层完全依赖“虚函数”以及配套的“虚表”和“虚指针”结构。

实现多态分为两步：

a.编译期：编译器会为含虚函数的类做两项关键处理

一是为每个“有虚函数的类”生成一张独立的虚表。虚表本质是一个“函数指针数组”，专门存该类所有虚函数的地址。子类的虚表，会优先继承基类的虚表结构（保证虚函数索引位置不变），再使用子类虚函数地址覆盖掉原来基类虚函数的地址；如果子类新增加虚函数，就追加到虚表末尾。

二是为每个“含虚函数的类的对象”偷偷插入一个“虚指针（vptr）”。这个vptr是对象的隐藏成员变量，通常在对象内存对象的开头，它的值就是“当前对象所属类的虚表首地址”。

b.运行期：当用基类指针/引用调用虚函数时，会按三个步骤找到正确的函数：

先通过基类指针拿到指向对象的vptr。再通过vptr，找到对象所属类的虚表。最后根据虚函数在虚表内的“索引位置”，找到对应的函数地址并调用。

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2.讲一下乐观锁和悲观锁。

A.悲观锁认为“冲突一定会发生”，所以提前加锁阻塞并发。

a.优点：

实现简单，直接依赖成熟的锁机制，无需手动处理冲突。

数据库安全性高，提前加锁保证原子性，不会出现“脏写”“数据不一致”等问题。

b.缺点：

性能损耗高，锁的获取和释放会带来上下文切换，且未拿到锁的线程会阻塞等待，并发高时会导致“线程排队”，吞吐量下降。

可能引发死锁，若锁的释放逻辑异常（如线程宕机未释放锁），会导致其他线程永久阻塞，需额外处理死锁（如设置锁超时和定时释放）。

c.适用场景：

并发冲突概率高的场景（秒杀系统扣库存或金融交易对账），因为冲突频繁，悲观锁提前加锁能减少“重试开销”。

对数据一致性要求极高的场景（如银行转账），不允许任何并发修改导致的错误，必须通过锁确保操作独占。

d.常见实现方式：

数据库层面：MySQl中的行锁，表锁。

编程语言层面：JAVA的synchronized关键字，ReentranLock类。

分布式层面：基于Redis实现的分布式锁，ZooKeeper分布式锁。

B.乐观锁认为“冲突大概率不会发生”，所以先操作再校验冲突。

a.优点：

性能高，无锁机制，不会阻塞线程，也没有锁的上下文切换开销，高并发下吞吐量比悲观锁高。

无死锁风险，不依赖锁机制。

支持高并发，适合大量“读多写少”的场景，读操作不阻塞，写操作仅在冲突时重试。

b.缺点：

重试开销：若冲突频繁，会导致线程反复重试，浪费CPU资源。

实现复杂：需手动处理“冲突重试”逻辑（重试次数，重试延迟），且无法解决“ABA问题”。

无法解决“写饥饿”问题，若某线程一直重试失败，可能导致“写操作一直延迟”。

c.适用场景：

并发冲突概率低的场景，（如用户资料修改和商品详情页点击量统计），冲突少，重试开销小，，性能优势明显。

读多写少的场景（如电商商品详情查询），乐观锁允许读操作无阻塞，大幅提升吞吐量。

分布式系统避免“分布式锁开销”的场景（如分布式缓存更新），无需竞争分布式锁，通过版本号校验即可实现安全更新。

d.常见实现方式：

版本号机制：给共享资源加一个“版本号字段”，每次修改资源时，版本号+1。

CAS机制：乐观锁的底层实现原理，核心逻辑是“先比较资源当前值是否等于预期值，若等于则交换为新的值，否则失败”，整个操作是原子性的。

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3.MySQL 中的 MVCC 是什么？Read View 在 MVCC 中如何工作？如果没有 MVCC 会怎样？

A.MVCC是InnoDB存储引擎实现高并发读写的核心机制，其核心思想是通过维护数据的多个版本，让读写操作和读操作能并发执行，互不阻塞，从而在保持数据一致性的同时提升系统吞吐量。

a.实现原理：

依赖三个关键组件：

隐藏列:InnoDB为每张表的每条记录添加了三个隐藏列（用户不可见）；

• DB_TRX_ID：创建或最后修改该记录的事务 ID（6 字节）；
• DB_ROLL_PTR：回滚指针（7 字节），指向该记录的上一个版本（存储在 undo 日志中）；
• DB_ROW_ID：若表没有主键，InnoDB 会自动生成该列作为隐含主键（6 字节）。

undolog：存储历史版本

当事务修改记录时，InnoDB不会直接覆盖旧纪录，而是生成记录的新版本，并将新版本的DB_TRX_ID设为当前事务ID。将旧版本的记录写入undolog，新版本的DB_ROLL_PTR指向旧版本在undolog中的位置，形成一条版本链。

Read VIew：判断版本可见性

Read View是事务执行查询时生成的“可见性规则集合”，用于判断当前事务中能看到版本链中的哪些记录。包含四个核心参数：

• m_ids：当前活跃（未提交）的事务ID列表
• min_trx_id：m_id中的最小事务ID
• min_trx_id：系统下一个待分配的事务ID（大于当前所有已分配的ID）
• creator_trx_id：当前事务的ID

可见性规则判断：对于版本链中的某条记录（trx_id为该版本的事务ID）：

• 若trx_id == creator_trx_id：可见（当前事务修改的记录，自己可见）；
• 若trx_id < min_trx_id：可见（该版本由已提交事务创建）；
• 若trx_id > max_trx_id：不可见（该版本由 “未来” 事务创建）；
• 若min_trx_id ≤ trx_id ≤ max_trx_id：

• • 若trx_id在m_ids中（事务未提交）：不可见；
  • 若trx_id不在m_ids中（事务已提交）：可见。

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4.什么是索引？索引有哪些分类？

A.索引是一种用于加速查询效率的数据结构

a.优点：显著提升SELECT查询和WHERE条件过滤的效率

b.缺点：会占用额外空间，且会降低INSERT，UPDATE，DELETE性能（因为修改数据时需要同步维护索引结构）。

B.索引的分类

a.按数据结构分：

B+树索引：底层是B+树，是MySQL最常用的索引类型

哈希索引：基于哈希表实现，通过键值对存储，查询时直接计算哈希值定位数据

全文索引：用于对文本内容进行关键字检索，而非单个字段的精确匹配

R树索引：主要用于空间数据类型，支持范围查询

b.按物理存储分：

聚簇索引：索引结构与数据行存储在一起，索引的叶子节点直接包含整行数据

非聚簇索引：索引结构与数据行分开存储，索引的叶子节点存储的是指向数据行的指针（或主键值）

c.按功能逻辑分：

主键索引（唯一且非空），普通索引，唯一索引（索引列的值必须唯一，但允许NULL），联合索引（基于多个列创建的索引），覆盖索引（索引包含查询所需的所有列）

d.特殊索引：

前缀索引（对字符串的前N个字符创建的索引），空间索引（针对空间数据类型的索引）
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5.什么是智能指针？有哪些种类？

A.智能指针是C++中用于自动管理动态内存的工具，它本质上是封装了原始指针的类模板。

核心作用是：在对象的生命周期结束时，自动调用析构函数释放所指向的内存，从而避免了内存泄漏-这解决了原始指针需要手动delete，容易因遗忘或异常导致内存泄漏的问题。

B.三种智能指针

a.unique_ptr：独占所有权的智能指针

核心特性：同一时间，一个unique_ptr独占指向的内存，不允许拷贝或赋值（避免多个指针管理同一块内存），只能通过移动语义转移所有权。

b.shared_ptr:共享所有权的智能指针

核心特性：多个shared_ptr可以管理同一块内存，内部通过引用计数机制管理-每增加一个指针指向该内存，计数+1，每销毁一个指针，计数-1，当计数为0时，释放该内存。

c.weak_ptr：弱引用的智能指针（解决了shared_ptr的循环引用问题）

核心特性：一种“弱引用”，不拥有内存的所有权，也不增加引用计数，仅用于管擦和shared_ptr管理的内存。它可以shared_ptr创建，用于判断指向的内存是否还存在（通过lock()方法尝试获取shared_ptr）。

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