软件工程师面试题集及详解

2026年软件工程师面试题集及详解一、编程题（共5题，每题10分，总分50分）1.题目：编写一个函数，实现字符串的压缩。输入一个字符串，如果字符串中有连续的相同字符，则用字符和出现的次数表示。例如，输入"aaabbbcc"，输出"a3b3c2"。如果压缩后的字符串不比原字符串短，则返回原字符串。答案：pythondefcompress_string(s):ifnots:returnscompressed=[]count=1foriinrange(1,len(s)):ifs[i]==s[i-1]:count+=1else:compressed.append(s[i-1]+str(count))count=1compressed.append(s[-1]+str(count))compressed_str=''.join(compressed)returncompressed_striflen(compressed_str)<len(s)elses解析：-首先检查输入字符串是否为空，若为空则直接返回。-使用一个列表`compressed`存储压缩后的字符和计数。-遍历字符串，统计连续相同字符的个数，当遇到不同字符时，将字符和计数添加到`compressed`中。-最后将最后一个字符及其计数添加到列表中，并拼接成字符串。-比较压缩后的字符串长度与原字符串长度，若压缩后更短则返回压缩字符串，否则返回原字符串。2.题目：实现一个二叉树的前序遍历（根-左-右）。不使用递归，使用栈实现。答案：pythonclassTreeNode:def__init__(self,val=0,left=None,right=None):self.val=valself.left=leftself.right=rightdefpreorder_traversal(root):ifnotroot:return[]stack,output=[root],[]whilestack:node=stack.pop()output.append(node.val)ifnode.right:stack.append(node.right)ifnode.left:stack.append(node.left)returnoutput解析：-定义二叉树节点类`TreeNode`。-使用栈`stack`和列表`output`实现前序遍历。-初始时将根节点入栈。-当栈不为空时，弹出栈顶节点，将其值添加到`output`中。-先将右子节点入栈（因为栈是后进先出，先处理右子节点），再将左子节点入栈。-最后返回`output`列表。3.题目：给定一个数组，找出其中不重复的三元组，使得这三个数的和为0。例如，输入[-1,0,1,2,-1,-4]，输出[[-1,0,1],[-1,-1,2]]。答案：pythondefthree_sum(nums):nums.sort()result=[]foriinrange(len(nums)-2):ifi>0andnums[i]==nums[i-1]:continueleft,right=i+1,len(nums)-1whileleft<right:total=nums[i]+nums[left]+nums[right]iftotal==0:result.append([nums[i],nums[left],nums[right]])whileleft<rightandnums[left]==nums[left+1]:left+=1whileleft<rightandnums[right]==nums[right-1]:right-=1left+=1right-=1eliftotal<0:left+=1else:right-=1returnresult解析：-首先对数组进行排序，方便后续操作。-使用一个循环遍历数组，固定第一个数`nums[i]`。-对于每个`nums[i]`，使用双指针`left`和`right`分别指向`i+1`和数组末尾。-计算三个数的和`total`：-若`total==0`，则找到一个解，添加到结果中，并移动双指针跳过重复值。-若`total<0`，则左指针右移，增加和。-若`total>0`，则右指针左移，减少和。-最后返回所有解的列表。4.题目：实现一个LRU（最近最少使用）缓存。支持`get`和`put`操作。`get(key)`返回键对应的值，若不存在返回-1；`put(key,value)`插入或更新键值对，当缓存容量满时，删除最久未使用的键。答案：pythonclassLRUCache:def__init__(self,capacity:int):self.capacity=capacityself.cache={}self.order=[]defget(self,key:int)->int:ifkeyinself.cache:self.order.remove(key)self.order.append(key)returnself.cache[key]return-1defput(self,key:int,value:int)->None:ifkeyinself.cache:self.order.remove(key)eliflen(self.cache)==self.capacity:oldest_key=self.order.pop(0)delself.cache[oldest_key]self.cache[key]=valueself.order.append(key)解析：-使用字典`cache`存储键值对，列表`order`记录访问顺序。-`__init__`初始化缓存容量、字典和列表。-`get(key)`：-若键存在，则将其从`order`中移除并添加到末尾，表示最近使用。-返回对应的值，若不存在返回-1。-`put(key,value)`：-若键存在，则更新值，并调整`order`顺序。-若键不存在且缓存已满，则删除最久未使用的键（`order`的第一个元素）。-添加或更新键值对，并将键添加到`order`末尾。5.题目：实现快速排序算法，不使用递归，使用迭代（栈）实现。答案：pythondefquick_sort_iterative(arr):ifnotarr:returnarrstack=[(0,len(arr)-1)]whilestack:start,end=stack.pop()ifstart>=end:continuepivot=arr[end]i=start-1forjinrange(start,end):ifarr[j]<=pivot:i+=1arr[i],arr[j]=arr[j],arr[i]arr[i+1],arr[end]=arr[end],arr[i+1]pivot_index=i+1stack.append((start,pivot_index-1))stack.append((pivot_index+1,end))returnarr解析：-使用栈`stack`存储要处理的子数组范围。-初始时将整个数组范围入栈。-当栈不为空时，弹出栈顶范围，进行快速排序的分区操作：-选择最后一个元素作为基准`pivot`。-使用变量`i`记录小于基准的元素的最后位置。-遍历子数组，将小于基准的元素移到`i`的左边。-将基准元素放到正确的位置，并记录`pivot_index`。-将基准左右的子数组范围入栈，继续处理。-最后返回排序后的数组。二、系统设计题（共3题，每题15分，总分45分）1.题目：设计一个短链接服务，要求支持高并发、高可用、可扩展，并简要说明关键组件和算法。答案：关键组件：1.接入层（LoadBalancer）：使用Nginx或HAProxy分发请求，支持多副本水平扩展。2.短链接生成服务（ShortenerService）：负责生成短链接，使用分布式ID生成器（如Twitter的Snowflake算法）。3.存储服务（Redis/Memcached）：缓存短链接与长链接的映射关系，支持高并发读写。4.数据库（MySQL/PostgreSQL）：持久化存储短链接与长链接的映射，支持数据恢复和查询。5.CDN（ContentDeliveryNetwork）：加速短链接页面的访问速度。6.监控与告警系统（Prometheus/Grafana）：监控系统状态，及时发现并处理问题。算法：-短链接生成：使用Base62编码（包含a-z、A-Z、0-9），将长链接的ID映射为短链接。-例如，将长链接ID`123456`编码为`aBcD`。-长链接解析：使用Base62解码，将短链接还原为ID，再通过ID查询长链接。高并发与高可用：-接入层：使用负载均衡器分发请求，支持水平扩展。-短链接生成服务：使用分布式ID生成器，避免冲突。-存储服务：使用Redis/Memcached缓存热点数据，减少数据库压力。-数据库：使用读写分离、分库分表，提高性能和可用性。-冗余：关键组件部署多副本，使用Kubernetes进行容器化管理，确保高可用。解析：-短链接服务需要处理大量请求，因此高并发和高可用是关键。-接入层使用负载均衡器分发请求，支持水平扩展。-短链接生成服务使用分布式ID生成器，确保唯一性和高性能。-使用缓存和数据库分离，提高性能和可用性。-使用CDN加速访问速度，提高用户体验。-监控与告警系统及时发现并处理问题，确保系统稳定运行。2.题目：设计一个实时消息推送系统，要求支持高并发、低延迟、可扩展，并简要说明关键组件和协议。答案：关键组件：1.接入层（LoadBalancer）：使用Nginx或HAProxy分发请求，支持多副本水平扩展。2.消息接入服务（MessageIngestionService）：负责接收客户端消息，支持WebSocket或MQTT协议。3.消息存储服务（MessageStorageService）：使用Redis或Kafka存储消息，支持高并发读写。4.消息分发服务（MessageDistributionService）：负责将消息推送给目标客户端，支持广播和单播。5.用户管理服务（UserManagementService）：管理用户信息，支持在线状态同步。6.监控与告警系统（Prometheus/Grafana）：监控系统状态，及时发现并处理问题。协议：-WebSocket：支持全双工通信，低延迟。-MQTT：轻量级消息传输协议，适合移动端和低带宽环境。高并发与低延迟：-接入层：使用负载均衡器分发请求，支持水平扩展。-消息接入服务：支持WebSocket和MQTT协议，接收客户端消息。-消息存储服务：使用Redis或Kafka存储消息，支持高并发读写。-消息分发服务：支持广播和单播，使用发布订阅模式，提高效率。-用户管理服务：实时同步用户在线状态，确保消息推送给正确的客户端。-冗余：关键组件部署多副本，使用Kubernetes进行容器化管理，确保高可用。解析：-实时消息推送系统需要支持高并发和低延迟。-接入层使用负载均衡器分发请求，支持水平扩展。-消息接入服务支持WebSocket和MQTT协议，接收客户端消息。-消息存储服务使用Redis或Kafka，支持高并发读写。-消息分发服务支持广播和单播，使用发布订阅模式，提高效率。-用户管理服务实时同步用户在线状态，确保消息推送给正确的客户端。-监控与告警系统及时发现并处理问题，确保系统稳定运行。3.题目：设计一个分布式任务调度系统，要求支持任务分片、任务依赖、任务重试，并简要说明关键组件和算法。答案：关键组件：1.任务注册中心（TaskRegistry）：注册和管理任务，支持任务分片和依赖。2.任务调度器（TaskScheduler）：负责调度任务，支持任务分片和依赖。3.任务执行器（TaskExecutor）：负责执行任务，支持任务重试和状态跟踪。4.任务状态存储（TaskStateStorage）：使用Redis或数据库存储任务状态，支持高并发读写。5.监控与告警系统（Prometheus/Grafana）：监控系统状态，及时发现并处理问题。算法：-任务分片：将大任务分解为多个小任务，分配给不同的执行器。-任务依赖：使用有向无环图（DAG）表示任务依赖关系，确保任务按顺序执行。-任务重试：使用指数退避算法，避免任务频繁失败。高并发与可扩展：-任务注册中心：使用分布式缓存，支持任务分片和依赖。-任务调度器：使用分布式队列，支持任务分片和依赖。-任务执行器：支持任务重试和状态跟踪，使用幂等性设计，避免重复执行。-任务状态存储：使用Redis或数据库，支持高并发读写。-冗余：关键组件部署多副本，使用Kubernetes进行容器化管理，确保高可用。解析：-分布式任务调度系统需要支持任务分片、任务依赖和任务重试。-任务注册中心注册和管理任务，支持任务分片和依赖。-任务调度器负责调度任务，支持任务分片和依赖。-任务执行器负责执行任务，支持任务重试和状态跟踪。-任务状态存储使用Redis或数据库，支持高并发读写。-监控与告警系统及时发现并处理问题，确保系统稳定运行。三、数据库题（共2题，每题10分，总分20分）1.题目：解释数据库事务的ACID特性，并举例说明。答案：ACID特性：1.原子性（Atomicity）：事务中的所有操作要么全部成功，要么全部失败，不会停留在中间状态。-例子：银行转账，从A账户扣款100元，同时向B账户加款100元。如果其中一个操作失败，整个事务回滚。2.一致性（Consistency）：事务必须保证数据库从一个一致性状态转移到另一个一致性状态。-例子：银行转账后，A账户金额减少100元，B账户金额增加100元，总金额不变。3.隔离性（Isolation）：并发事务之间互不干扰，每个事务都感觉不到其他事务的存在。-例子：两个用户同时查询库存，每个查询都看到一致的库存数据。4.持久性（Durability）：事务一旦提交，其结果就永久保存在数据库中，即使系统崩溃也不会丢失。-例子：银行转账成功后，A账户扣款100元，即使系统崩溃，数据也不会丢失。解析：-ACID特性是数据库事务的重要保证，确保数据的一致性和可靠性。-原子性保证事务的完整性，要么全部成功，要么全部失败。-一致性保证数据库状态的一致性，事务执行前后数据满足一致性约束。-隔离性保证并发事务的独立性，避免相互干扰。-持久性保证事务结果的永久性，即使系统崩溃也不会丢失。2.题目：解释数据库索引的作用，并举例说明不同类型的索引。答案：索引作用：1.提高查询性能：通过索引可以快速定位数据，减少查询时间。-例子：使用索引查询用户姓名为"张三"的用户，无需扫描整个表。2.加速排序和分组：索引可以加速排序和分组操作。-例子：使用索引按年龄排序用户，无需扫描整个表。3.保证唯一性：主键索引和唯一索引可以保证数据的唯一性。-例子：使用主键索引保证用户ID的唯一性。不同类型的索引：1.B-Tree索引：最常用的索引类型，适用于范围查询和精确查询。-例子：使用B-Tree索引查询年龄在20到30岁的用户。2.哈希索引：适用于精确查询，不支持范围查询。-例子：使用哈希索引查询用户ID为100的用户。3.全文索引：适用于文本搜索，支持模糊查询。-例子：使用全文索引查询包含"张三"的用户。4.空间索引：适用于地理空间数据，支持空间查询。-例子：使用空间索引查询某个区域内的用户。解析：-索引是数据库的重要数据结构，可以提高查询性能，加速排序和分组操作，保证数据的唯一性。-B-Tree索引是最常用的索引类型，适用于范围查询和精确查询。-哈希索引适用于精确查询，不支持范围查询。-全文索引适用于文本搜索，支持模糊查询。-空间索引适用于地理空间数据，支持空间查询。四、网络题（共2题，每题10分，总分20分）1.题目：解释TCP的三次握手过程，并说明每次握手的作用。答案：TCP三次握手过程：1.第一次握手（SYN）：客户端向服务器发送SYN包，请求建立连接，SYN包中包含初始序列号`client_isn`。-作用：客户端请求建立连接。2.第二次握手（SYN+ACK）：服务器收到SYN包后，回复SYN+ACK包，ACK号为`client_isn+1`，SYN号为`server_isn`。-作用：服务器同意建立连接。3.第三次握手（ACK）：客户端收到SYN+ACK包后，回复ACK包，ACK号为`server_isn+1`。-作用：客户端确认连接建立。解析：-TCP三次握手确保客户端和服务器之间的连接建立可