高频c语言面试题及答案

高频c语言面试题及答案C语言中sizeof和strlen的区别是什么？sizeof是编译时运算符，用于计算数据类型或变量在内存中占用的字节数。对于数组，sizeof返回整个数组的字节大小；对于指针，返回指针本身的字节大小（与平台相关，32位4字节，64位8字节）。strlen是标准库函数（<string.h>），用于计算C字符串的实际长度（不包含结束符'\0'）。其本质是遍历字符直到遇到'\0'，因此要求参数必须是合法的以'\0'结尾的字符串，否则会导致越界访问。例如：chararr[]="test";sizeof(arr)结果为5（包含'\0'），strlen(arr)结果为4；若定义charptr=arr;sizeof(ptr)在64位系统为8，strlen(ptr)仍为4。常量指针和指针常量有何区别？常量指针的定义形式为constcharptr（或charconstptr），表示指针指向的内容不可修改，但指针本身可以重新指向其他地址。例如：constcharp="hello";p='H'（错误，内容不可改），p="world"（正确，指针可改）。指针常量的定义形式为charconstptr，表示指针本身的地址不可修改，但指向的内容可以修改。例如：charstr[]="test";charconstp=str;p=&str[1]（错误，指针不可改），p='T'（正确，内容可改）。若两者结合（constcharconstptr），则指针地址和指向内容均不可修改。结构体成员对齐的规则是什么？结构体对齐遵循编译器默认的对齐系数（可通过pragmapack(n)修改）和成员自身大小的最小值作为对齐单位。具体规则：第一个成员偏移量为0；后续成员的偏移量必须是其自身大小与对齐系数中较小值的整数倍；结构体总大小需是所有成员对齐单位最大值的整数倍。例如：structA{chara;//1字节，偏移0intb;//4字节，需对齐到4的倍数，偏移4（填充3字节）shortc;//2字节，对齐到2，偏移8（4+4=8）};//总大小需是最大对齐单位（4）的倍数，8+2=10，填充到12字节若使用pragmapack(2)，则对齐系数为2。此时int的对齐单位为min(4,2)=2，char偏移0，int偏移2（填充1字节），short偏移6（2+4=6），总大小8（6+2=8，是2的倍数）。对齐的目的是提高CPU访问效率，减少跨内存块读取的情况。static关键字在C语言中的作用有哪些？在函数内部，static修饰的局部变量会存储在静态存储区，仅初始化一次，生命周期持续到程序结束，下次调用函数时保留上次的值。例如：voidfunc(){staticintcount=0;count++;printf("%d",count);}//多次调用会输出123...在函数外部（全局作用域），static修饰的全局变量或函数仅在当前源文件可见，其他文件无法通过extern声明访问。这用于限制变量/函数的作用域，避免不同文件间的命名冲突。例如：staticintglobal=10;仅当前文件可访问。内存泄漏的常见场景及检测方法？内存泄漏指动态分配的内存未释放且无法再访问（指针丢失）。常见场景：malloc/calloc后未调用free释放；函数返回堆内存指针但未被正确释放；重复调用realloc时未保存旧指针导致丢失；异常分支（如提前return）未释放已分配内存。检测方法：1.工具检测：如Valgrind（Linux）的memcheck工具，可跟踪内存分配和释放，报告泄漏位置；2.手动排查：在关键位置打印内存分配/释放日志，统计分配次数与释放次数是否匹配；3.封装内存函数：自定义malloc和free，记录分配信息（文件名、行号），程序结束时检查未释放的内存。指针运算的规则有哪些？指针运算基于所指向的数据类型的大小。例如，intp指向地址0x1000，p+1的结果是0x1004（int占4字节）；charq指向0x1000，q+1是0x1001（char占1字节）。指针相减仅当指向同一数组元素时才有意义，结果为元素个数差（如p2-p1得到两指针间的元素数量）。指针与整数相加/减时，结果需仍指向同一数组或数组尾后一个位置，否则为未定义行为。函数指针的作用及使用场景？函数指针是指向函数的指针变量，定义形式为：返回值类型(指针名)(参数类型列表)。例如：int(func_ptr)(int,int);可指向如intadd(inta,intb){returna+b;}的函数。使用场景包括：1.回调函数：将函数指针作为参数传递，由外部函数调用（如qsort的比较函数参数）；2.函数跳转表：根据条件动态选择调用的函数（如状态机处理不同事件）；3.实现多态：在不修改接口的情况下替换具体实现（类似面向对象的虚函数）。宏定义的常见陷阱及注意事项？宏定义在预处理阶段展开，需注意括号和副作用问题。陷阱1：未加括号导致运算优先级错误。例如：defineSQUARE(x)xx，当调用SQUARE(2+3)时展开为2+32+3=11，正确写法应为defineSQUARE(x)((x)(x))。陷阱2：参数包含自增/自减操作产生副作用。例如：defineMAX(a,b)((a)>(b)?(a):(b))，若调用MAX(i++,j++)，会导致i和j被递增两次（条件判断和返回值各一次）。陷阱3：宏定义结尾加分号可能导致语句错误。例如：defineDEBUGprintf("debug\n");若在if语句中使用if(cond)DEBUGelse...，会展开为if(cond)printf("debug\n");;else...，导致语法错误。注意事项：尽量为参数和整体表达式加括号；避免使用包含副作用的参数；复杂逻辑优先使用内联函数而非宏。C程序的内存分区有哪些？各存储什么内容？C程序内存通常分为：1.代码区（TextSegment）：存储编译后的机器指令，只读，多进程共享；2.数据区（DataSegment）：已初始化全局变量和静态变量（.data）；未初始化全局变量和静态变量（.bss），程序启动时自动初始化为0；3.堆（Heap）：动态分配的内存（malloc/calloc/realloc），需手动管理，由低地址向高地址增长；4.栈（Stack）：存储局部变量、函数参数、返回地址等，由编译器自动管理，由高地址向低地址增长。例如：全局变量intg1=10（.data）；staticints1;（.bss）；main函数中的inta=20（栈）；charp=malloc(10)（堆，p本身在栈）。如何判断一个整数是大端序还是小端序？大端序（Big-Endian）指高位字节存储在低地址，低位字节在高地址；小端序（Little-Endian）相反。检测方法：1.利用联合体（Union）的特性（所有成员共享同一块内存）：unionCheck{inti;charc;};unionChecku;u.i=1;if(u.c==1)//低地址存低位字节printf("Little-Endian");elseprintf("Big-Endian");2.指针强制转换：将int的地址转换为char，取第一个字节判断。例如：intnum=1;charptr=(char)#if(ptr==1)小端序，否则大端序。野指针的产生原因及避免方法？野指针指指向无效内存地址的指针，产生原因：1.指针未初始化：定义指针后未赋值（指向随机地址）；2.指针指向的内存已释放：free后未将指针置NULL，成为“悬空指针”；3.指针越界访问：指向数组外的内存（如数组大小为5，访问索引5的元素）。避免方法：指针声明时初始化为NULL（charp=NULL;）；free后立即将指针置NULL（free(p);p=NULL;）；避免返回局部变量的指针（局部变量存储在栈中，函数返回后内存被回收）；访问指针前检查是否为NULL（if(p!=NULL)p=10;）。static和const的区别是什么？static用于控制存储周期和作用域：局部变量变为静态存储（生命周期延长），全局变量/函数限制为文件内可见。const用于修饰变量，表示其值不可被直接修改（编译器层面的限制），但无法保证绝对不变（可通过指针强制转换修改）。例如：constinta=10;a=20（错误），但intp=(int)&a;p=20（可能成功，取决于编译器优化）。static变量存储在数据区，const变量若为全局/静态则存储在数据区（只读段），局部const变量存储在栈中。如何实现字符串的反转？要求原地反转，不使用额外空间。例如将"hello"变为"olleh"。实现思路：双指针法，用两个指针分别指向字符串首尾，交换字符后向中间移动，直到相遇。代码示例：voidreverse_string(charstr){if(str==NULL)return;charleft=str;charright=str+strlen(str)1;while(left<right){chartemp=left;left=right;right=temp;left++;right--;}}注意处理空指针和空字符串（strlen为0）的情况，避免越界访问。动态内存分配函数malloc、calloc、realloc的区别？malloc分配指定大小的内存块，不初始化内容（值为随机），原型：voidmalloc(size_tsize)。calloc分配n个元素、每个大小为size的内存块，并初始化为0，原型：voidcalloc(size_tn,size_tsize)，相当于malloc(nsize)后memset为0。realloc调整已分配内存的大小，原型：voidrealloc(voidptr,size_tnew_size)。若当前内存块足够扩展，直接调整大小并返回原指针；若不足，重新分配新内存块，复制原内容，释放旧块，返回新指针（原指针失效）。若ptr为NULL，realloc等同于malloc；若new_size为0，等同于free(ptr)。预处理、编译、汇编、链接的作用分别是什么？1.预处理（Preprocessing）：处理include、define、if等预处理指令，展开头文件、替换宏、删除注释，提供.i文件；2.编译（Compilation）：将预处理后的代码转换为汇编语言，进行词法分析、语法分析、语义检查，提供.s文件；3.汇编（Assembly）：将汇编语言转换为机器指令（二进制目标代码），提供.o（或.obj）文件；4.链接（Linking）：将多个目标文件和库文件（静态/动态）链接成可执行文件，解决符号引用（如函数调用、全局变量），提供.exe（Windows）或ELF（Linux）文件。如何判断单链表是否有环？使用快慢指针法（Floyd判圈算法）。定义两个指针，slow每次移动1步，fast每次移动2步。若链表有环，fast最终会追上slow（相遇）；若fast到达NULL（链表尾），则无环。代码示例：structListNode{intval;structListNodenext;};boolhas_cycle(structListNodehead){if(head==NULL||head->next==NULL)returnfalse;structListNodeslow=head;structListNodefast=head->next;while(slow!=fast){if(fast==NULL||fast->next==NULL)returnfalse;slow=slow->next;fast=fast->next->next;}returntrue;}若需要找到环的入口点，相遇后将slow重新指向头节点，slow和fast均每次移动1步，再次相遇的节点即为入口点。数组和指针的区别是什么？数组是连续存储相同类型元素的集合，数组名是常量指针（指向首元素地址，不可修改）；指针是变量，存储内存地址。sizeof数组名返回整个数组的字节大小，sizeof指针返回指针本身的大小。数组作为函数参数传递时会退化为指针（丢失数组大小信息），因此无法在函数内部用sizeof计算数组长度。例如：voidfunc(intarr[]){printf("%d",sizeof(arr));//输出4或8（指针大小）}intmain(){intarr[5]={1,2,3,4,5};printf("%d",sizeof(arr));//输出20（54）func(arr);return0;}如何实现一个高效的冒泡排序？传统冒泡排序时间复杂度为O(n²)，可通过以下优化：1.记录每轮是否发生交换，若未交换说明已有序，提前终止；2.记录最后一次交换的位置，作为下一轮的边界（后续元素已有序）。优化后代码：voidbubble_sort(intarr[],intn){if(n<=1)return;intlast_swap=n1;//初始边界为最后一个元素for(inti=0;i<n1;i++){intswapped=0;intcurrent_swap=0;for(intj=0;j<last_swap;j++){if(arr[j]>arr[j+1]){inttemp=arr[j];arr[j]=arr[j+1];arr[j+1]=temp;swapped=1;current_swap=j;//记录最后一次交换的位置}}if(!swapped)break;//无交换，提前结束last_swap=current_swap;//更新下一轮边界}}const修饰函数参数和返回值的意义？修饰参数：防止函数内部修改输入参数的值（如constcharstr防止修改字符串内容）。修饰返回值：若返回指针或引用，防止调用者修改指向的内容（如constcharget_str()，避免get_str()='a'这样的操作）。例如：constcharget_message(){return"hello";}//调用者不能通过返回的指针修改字符串常量（可能导致崩溃）。如何计算二进制中1的个数？方法1：位运算，每次判断最低位是否为1，然后右移。intcount_ones(intn){intcount=0;while(n){count+=n&1;n>>=1;}returncount;}方法2：利用n&(n-1)消除最低位的1。例如n=5（101），n-1=4（100），n&(n-1)=4（100）；再次操作n=4&3=0，共2次循环。intcount_ones(intn){intcount=0;while(n){n&=n1;count++;}returncount;}后者时间复杂度为O(k)，k为1的个数，更高效。结构体和联合体的区别是什么？结构体（struct）的每个成员占用独立内存空间，总大小是各成员大小之和（考虑对齐）；联合体（union）的所有成员共享同一块内存空间，总大小是最大成员的大小（考虑对齐）。例如：structS{chara;//1字节intb;//4字节（偏移4，总大小8）};unionU{chara;//1字节intb;//4字节（共享前4字节）};//总大小4字节（最大成员大小）。联合体用于节省内存，或在不同数据类型间转换（如同时存储int和float）。如何避免头文件重复包含？使用预编译指令：1.ifndef/define/endif：ifndef_HEADER_H_define_HEADER_H_//头文件内容endif2.pragmaonce（部分编译器支持，如MSVC、GCC）：pragmaonce//头文件内容前者是标准方法，跨平台兼容性好；后者更简洁，但依赖编译器实现。两种方法均通过在第一次包含时定义宏（或标记），后续包含时跳过内容，避免重复定义（如结构体、函数声明）。如何实现两个变量的交换？不使用临时变量。方法1：算术运算（适用于整数）：a=a+b;b=ab;//此时b=(a+b)b=aa=ab;//此时a=(a+b)a=b方法2：位运算（适用于整数，无溢出风险）：a=a^b;b=a^b;//等价于(a^b)^b=aa=a^b;//等价于(a^b)^a=b注意：若a和b指向同一块内存（如交换数组中同一元素），算术运算会导致a和b变为0，位运算会导致a和b变为0（因a^a=0），需先判断是否为同一地址。内存分配失败时malloc的返回值是什么？如何处理？malloc分配失败时返回NULL指针（在标准C中）。因此，动态分配后必须检查返回值是否为NULL，避免对NULL指针解引用导致崩溃。例如：charp=(char)malloc(1024);if(p==NULL){perror("mallocfailed");//打印错误信息（如“Notenoughmemory”）exit(EXIT_FAILURE);//或进行其他错误处理}//使用p...free(p);p=NULL;//防止悬空指针在嵌入式系统中，可能禁用exit函数，需根据具体场景处理（如返回错误码、重新分配较小内存）。函数参数的压栈顺序是怎样的？C语言中函数参数的压栈顺序是从右到左（Right-to-Left）。例如调用func(a,b,c)，压栈顺序为c→b→a。这是因为C允许可变参数函数（如printf），从右到左压栈可保证最左边的参数（格式字符串）在栈顶，便于通过栈指针偏移访问后续参数。例如：voidfunc(inta,intb,intc){//栈中顺序：c（高地址）→b→a（低地址）}intmain(){func(1,2,3);return0;}压栈顺序由调用约定决定（如__cdecl、__stdcall），但C默认的__cdecl是从右到左。如何判断一个数是否为2的幂？2的幂的二进制表示中只有1个1（如2=10，4=100，8=1000）。利用n&(n-1)的特性：若n是2的幂，则n&(n-1)=0（例如8&7=0）。注意n=0时需特殊处理（0不是2的幂）。boolis_power_of_two(intn){returnn>0&&(n&(n1))==0;}如何实现strcpy函数？需考虑源字符串和目标字符串的重叠情况（如目标字符串在源字符串之后），并确保目标空间足够。标准strcpy不处理重叠，需使用memmove。手动实现：charmy_strcpy(chardest,constcharsrc){if(dest==NULL||src==NULL)returnNULL;charret=dest;while((dest++=src++)!='\0');//复制直到'\0'returnret;}若源和目标重叠（如dest=src+1），会导致源字符串被覆盖，需先判断是否重叠，或使用memmove（内部处理了重叠情况）。volatile关键字的作用是什么？volatile告知编译器变量可能被意外修改（如硬件寄存器、多线程共享变量），禁止编译器对其进行优化（如缓存到寄存器、省略重复读取）。例如：volatileintreg=0x1234;//硬件寄存器，值可能被外部电路修改while(reg==0);//若不加volatile，编译器可能优化为读取一次reg，陷入死循环常见使用场景：中断服务程序中的共享变量、内存映射的硬件寄存器、多线程中的共享变量。如何实现一个简单的内存池？内存池通过预先分配大块内存，减少频繁malloc/free的开销，避免内存碎片。基本步骤：1.定义内存块结构（包含起始地址、大小、是否空闲）；2.初始化时分配一大块内存，分割为固定大小的块；3.分配时查找空闲块，标记为已使用；4.释放时标记块为空闲，可选合并相邻空闲块（减少碎片）。示例结构：structMemBlock{size_tsize;//块大小intis_free;//是否空闲structMemBlocknext;//下一个块指针};structMemPool{structMemBlockhead;//内存块链表头voidstart_addr;//内存池起始地址size_ttotal_size;//总大小};初始化内存池时，分配total_size的内存，创建初始MemBlock（size为total_sizesizeof(MemBlock)，is_free=1）。分配时遍历链表，找到足够大的空闲块，若块大小大于需求，分割为使用块和剩余空闲块。释放时标记is_free=1，遍历前后块合并。如何处理C语言中的可变参数？使用<stdarg.h>中的宏：va_list（保存参数列表）、va_start（初始化参数列表，指向第一个可选参数）、va_arg（获取当前参数并移动到下一个）、va_end（结束参数列表访问）。例如实现求和函数：intsum(intnum,...){va_listargs;va_start(args,num);//num是最后一个固定参数inttotal=0;for(inti=0;i<num;i++){total+=va_arg(args,int);//获取int类型参数}va_end(args);returntotal;}调用：sum(3,1,2,3)返回6。注意：va_arg需指定正确的类型（与实际参数匹配），否则导致未定义行为。大端序和小端序在网络传输中的处理？网络字节序（NetworkByteOrder）采用大端序，主机字节序（HostByteOrder）可能是大端或小端。发送数据时需将主机字节序转换为网络字节序（htons/htonl），接收时转换为主机字节序（ntohs/ntohl）。例如：uint16_thost_port=8080;uint16_tnet_port=htons(host_port);//转换为网络字节序（大端）//网络传输net_port...uint16_trecv_port=ntohs(net_port);//转换回主机字节序htons（hosttonetworkshort）处理16位，htonl处理32位，ntohs/ntohl是逆操作。如何检测内存越界访问？常见方法：1.工具检测：Valgrind的memcheck可检测越界；2.编译器选项：GCC的-fsanitize=address（ASan）在运行时检测越界；3.手动保护：在分配的内存前后添加哨兵值（如0xDEADBEEF），释放时检查哨兵是否被修改；4.调试版本处理：malloc在调