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Q: C++中const的作用范围有哪些？

const是C++中表达”不可修改”语义的关键字，在不同上下文中有不同含义和编译期行为：

1. 修饰变量（顶层const）：

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const int x = 42;  // x的值不可修改，必须初始化
// x = 43;  // 编译错误

编译器可能将const整型放入符号表而非分配内存（类似#define但有类型安全）。

2. 修饰指针（底层const vs 顶层const）：

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const int* p1;       // 指向常量的指针：*p1不可修改，p1可修改（底层const）
int* const p2 = &a;  // 常量指针：p2不可修改，*p2可修改（顶层const）
const int* const p3 = &a;  // 双重const

助记法：从右向左读——const int* = “pointer to const int”。

3. 修饰函数参数：

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void process(const std::string& s);  // 承诺不修改s，且避免拷贝开销
void update(const int* data, int n); // 不修改data指向的内容

const引用传参（const T&）是最常用的参数传递方式：无拷贝开销 + 可接受右值 + 承诺不修改。

4. 修饰成员函数（const限定）：

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class Widget {
    int getValue() const;  // 承诺不修改对象状态，可被const对象调用
    // 内部this指针变为 const Widget*
};
const Widget w;
w.getValue();  // OK：const对象只能调用const成员函数

这是C++接口设计中表达”查询操作”vs”修改操作”的核心手段。

5. 修饰返回值：

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const std::string& getName() const;  // 返回const引用，防止外部通过返回值修改内部状态

6. constexpr（编译期常量）：

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constexpr int square(int x) { return x * x; }
constexpr int val = square(5);  // 编译时求值为25

C++11引入constexpr，C++14/17逐步放宽约束，C++20支持constexpr容器和动态分配。

const与线程安全：C++标准库将const成员函数视为线程安全的（多个线程可以同时调用const方法），这是C++11的重要约定。

Q: 动态链接库的依赖顺序问题？

动态链接库的加载顺序是C/C++项目中常见的”隐蔽bug”来源，需要理解链接器和加载器的工作机制：

链接时（ld linker）的符号解析规则：

  • 从左到右扫描命令行中的库文件。
  • 遇到未定义符号时，在后续库中查找定义。
  • 被依赖的库必须放在依赖者的右边（后面）。
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    # 正确：main.o依赖libA，libA依赖libB
    gcc main.o -lA -lB
    # 错误：libB在前面，找不到libA中的符号
    gcc main.o -lB -lA  # undefined reference错误
  • 循环依赖解决：-Wl,--start-group -lA -lB --end-group（强制多次扫描）。

运行时（ld.so dynamic linker）的搜索顺序：

  1. RPATH（编译时嵌入ELF中，-Wl,-rpath,/path）
  2. LD_LIBRARY_PATH 环境变量
  3. RUNPATH（优先级低于LD_LIBRARY_PATH）
  4. /etc/ld.so.cache（ldconfig生成的缓存）
  5. 默认路径：/lib、/usr/lib、/lib64、/usr/lib64

常见问题与调试工具：

  • ldd binary：查看所有动态库依赖及实际解析路径。
  • nm -D libfoo.so：查看动态符号表。
  • LD_DEBUG=libs ./binary：打印加载过程详细信息。
  • ldconfig：更新共享库缓存。
  • chrpath/patchelf：修改已编译binary的RPATH。

常见陷阱：

  • 符号冲突（symbol interposition）：先加载的库的同名符号会覆盖后加载的。
  • ABI兼容性：库升级后如果ABI变了（如类增加了成员变量），需要重新编译使用者。
  • dlopen的RTLD_GLOBAL vs RTLD_LOCAL：控制符号是否对后续dlopen可见。

Q: C++四种Cast的区别与底层含义？

C++提供四种显式类型转换运算符，取代C风格的(Type)expr强转，每种有明确的语义和安全级别：

1. static_cast —— 编译期已知转换

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double d = 3.14;
int i = static_cast<int>(d);         // 数值转换（截断）
Base* b = static_cast<Base*>(derived_ptr);  // 向上转型（安全）
Derived* d = static_cast<Derived*>(base_ptr);  // 向下转型（不安全，无检查）
  • 底层：编译时进行类型检查和可能的代码生成（如浮点到整数的截断指令）。
  • 适用：相关类型间的已知安全转换。不安全的向下转换可能导致UB（如base_ptr实际不指向Derived）。

2. dynamic_cast —— 运行时安全转换

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Base* b = getObject();
Derived* d = dynamic_cast<Derived*>(b);  // 成功返回有效指针，失败返回nullptr
Derived& dr = dynamic_cast<Derived&>(*b); // 失败抛std::bad_cast
  • 底层：依赖RTTI（RunTime Type Information），查询虚函数表中的类型信息。沿继承链查找是否存在目标类型。
  • 开销：需要遍历类型信息（最坏O(继承深度)），约比static_cast慢10-100倍。
  • 限制：基类必须有虚函数（否则无RTTI信息）。

3. const_cast —— 添加/移除const

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const char* cs = "hello";
char* s = const_cast<char*>(cs);  // 去除const
// 但修改原本是const的对象是UB！
  • 底层：不生成任何代码，纯编译器层面的类型标记修改。
  • 唯一合法场景：当你确定原始数据不是const的，但API返回了const指针（如C接口兼容）。

4. reinterpret_cast —— 按位重新解释

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int* ip = ...;
char* cp = reinterpret_cast<char*>(ip);  // 以字节视角看int
uintptr_t addr = reinterpret_cast<uintptr_t>(ptr);  // 指针转整数
  • 底层：不生成任何代码，仅改变编译器对该地址中数据的类型解释。
  • 最危险：几乎不做任何检查，误用会导致UB、对齐问题、alias violation。
  • 合法使用：序列化（按字节读写对象）、底层系统编程、与C库交互。

安全级别从高到低：dynamic_cast > static_cast > const_cast > reinterpret_cast。

Q: 给出CUDA Kernel代码，识别其功能？

分析CUDA Kernel的系统化方法：

Step 1：看Kernel签名 —— 确定输入输出类型和维度

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__global__ void mystery_kernel(float* input, float* output, int N, int C, int H, int W)
// → 4D tensor操作，可能是图像处理或CNN相关

Step 2：看线程索引计算 —— 确定并行维度和数据映射

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int tid = blockIdx.x * blockDim.x + threadIdx.x;  // 一维线性索引 → 逐元素操作
int row = blockIdx.y * blockDim.y + threadIdx.y;   // 二维索引 → 矩阵操作
int col = blockIdx.x * blockDim.x + threadIdx.x;

Step 3：看内存访问模式 —— 确定数据流向

  • 只有全局内存读 → element-wise或reduce
  • 使用共享内存 → 需要线程协作（GEMM/转置/规约）
  • 有原子操作 → 多线程竞争写（直方图/reduce）

Step 4：看核心计算逻辑 —— 确定算法功能

常见kernel模式识别：

模式 特征
逐元素操作 线性tid索引，每线程处理一个元素
矩阵乘法 共享内存分块，双重循环累加
规约（Reduce） 树形折半累加，__syncthreads()间隔减半
转置 共享内存+padding，写入时行列交换
卷积 多重循环遍历kernel窗口
Softmax 先求max（reduce），再exp和sum（reduce），最后归一化

实战技巧：关注 __syncthreads() 的位置（划分计算阶段）、shared memory的使用pattern（数据复用方式）、边界条件检查（if tid < N）。

Q: 手撕：计算平面上两个任意角度矩形的重叠面积？

（编程题）