C语言面试题手册

inline关键字向编译器建议将函数调用处展开为函数体，消除函数调用开销（压栈、跳转、返回），适合短小的频繁调用函数。inline与宏的区别在于：inline函数有类型检查，支持调试（可在调试器中单步进入），不会因括号问题产生意外行为，而宏只是文本替换，没有类型安全。但inline只是建议，编译器有权忽略——递归函数、包含循环或switch的复杂函数、虚函数通常不会被内联。函数体过长时编译器也会拒绝内联，因为代码膨胀反而降低指令缓存命中率。static inline结合了内部链接性和内联建议，适合放在头文件中，每个包含该头文件的翻译单元生成独立副本，不产生链接冲突。头文件中定义inline函数需加static或inline，否则多个翻译单元包含时会产生重复定义错误。C99和C++的inline语义不同：C99中inline函数不提供外部链接定义，需要在一个翻译单元中提供extern声明；C++中inline函数允许在多个翻译单元中定义，只要定义相同即可。追问编译器如何决定是否内联？现代编译器基于启发式算法：函数体小（通常10行以内）、无循环和递归、被频繁调用则倾向内联。编译选项如-O2/-O3会提高内联积极性，attribute((always_inline))可强制内联。inline会导致代码膨胀吗？会。每次内联展开都复制一份函数体到调用点，小函数开销可忽略，大函数内联后二进制体积显著增大，可能导致指令缓存命中率下降，反而降低性能。这是编译器保守内联的主要原因。C++中inline函数和宏定义的取舍？优先inline函数。宏没有作用域、没有类型检查、参数可能被多次求值（如#define SQUARE(x) ((x)*(x))，SQUARE(i++)会i自增两次）。inline函数在所有这些方面都更安全，性能相同。C99和C++的inline链接差异是什么？C++中inline函数可出现在多个翻译单元，链接器合并为一份，不违反ODR。C99中inline函数默认无外部链接，需要某处提供extern inline定义才能被其他翻译单元使用，否则链接时可能找不到符号。

在C语言中，结构体只能定义数据成员，不能包含成员函数，默认所有成员对外可见。C++中struct和class的唯一语法区别是默认访问权限：struct成员默认public，class成员默认private；默认继承权限也同理，struct默认public继承，class默认private继承。除此之外两者功能完全等价——C++的struct同样可以有构造函数、析构函数、虚函数、继承。内存对齐方面，编译器按成员声明顺序和各自对齐要求布局，通常按最大成员对齐，可用#pragma pack或alignas调整。位域允许在结构体中以位为单位指定成员宽度，节省空间但牺牲可移植性。柔性数组是结构体末尾的未指定长度数组，配合malloc动态分配，实现变长结构体。选择原则：纯数据聚合用struct，需要封装和行为的类型用class。追问内存对齐的规则是什么？每个成员的偏移量必须是该成员对齐要求的整数倍，结构体总大小必须是最大对齐要求的整数倍。对齐要求通常等于成员大小（int为4，double为8）。对齐是为了CPU高效访问，未对齐访问在某些架构上会触发异常。柔性数组和指针有什么区别？柔性数组的内存与结构体连续分配，一次malloc搞定；指针需要额外一次分配，且内存不连续。柔性数组少一次内存间接访问，缓存更友好，但不能直接赋值和拷贝结构体。什么时候用前向声明？结构体互相引用或减少头文件依赖时使用前向声明（struct Foo;）。前向声明后只能声明指针或引用，不能访问成员或创建对象，因为编译器不知道大小。C语言中结构体可以比较相等吗？不行。C语言不支持结构体直接用==比较，需要逐成员比较或用memcmp。但memcmp在含有填充字节时可能不可靠，因为填充内容不确定。正确做法是逐字段比较。

C语言标准定义了一组预定义宏，在编译时由预处理器自动展开，主要用于调试和条件编译。常用宏包括：FILE展开为当前源文件名（字符串），LINE展开为当前行号（整数），DATE和TIME分别展开为编译日期和时间，func（C99）展开为当前函数名，STDC在符合标准的编译器下展开为1。条件编译通过#if、#ifdef、#ifndef、#elif、#else、#endif控制代码是否参与编译，核心指令是#ifdef和#ifndef，常用于头文件保护和平台适配。defined运算符可在#if表达式中检测宏是否定义，不关心其值。#pragma once是主流编译器扩展，等价于头文件保护但更简洁。宏的高级操作符中，#将宏参数字符串化，##将两个宏参数粘合为一个标识符。追问FILE展开的是源文件路径还是文件名？取决于编译器实现。GCC通常展开为编译时传入的路径，可能是相对路径也可能是绝对路径。同一份代码不同编译方式下FILE的值可能不同。#pragma once和#ifndef保护哪个更好？pragma once更简洁且不会宏名冲突，但不是C标准，极少数边缘情况（符号链接同一文件）可能误判。#ifndef是标准方案，可靠但冗长。实践中#pragma once已足够，大型项目两者结合使用。defined运算符和#ifdef有什么区别？ifdef MACRO只能检测单个宏，defined可用在#if表达式中组合逻辑判断，如#if defined(A) && !defined(B)，灵活性更高。条件编译能检测C语言版本吗？可以。C99起定义了STDCVERSION宏，值为长整型常量如199901L（C99）、201112L（C11）。通过#if STDCVERSION >= 201112L可按版本选择性编译。