【C++ 面试 - STL】每日 3 题（七）

本文主要是介绍【C++ 面试 - STL】每日 3 题（七），希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

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19. 如何实现无锁 map？

可以使用哈希表和 CAS（Compare-And-Swap）操作：

1. 创建一个哈希表，将键值对映射到哈希桶（bucket）中。
2. 使用哈希函数来确定每个键应该映射到哪个桶中。
3. 对于每个桶，使用无锁链表（例如，带有头节点的单向链表）来存储键值对。
4. 对于插入操作，首先计算键的哈希值，然后找到相应的桶。接下来，使用 CAS 操作将新的键值对插入链表的开头。
5. 对于查找操作，计算键的哈希值，找到相应的桶，然后在链表中查找键。
6. 对于删除操作，计算键的哈希值，找到相应的桶，然后在链表中查找并删除键。
7. 为了处理并发冲突，你需要使用 CAS 操作，如果 CAS 失败，表示有其他线程正在修改链表，你需要重试或采取其他策略。
   一个简单的代码示例，使用 CAS 操作来实现基本的无锁 map。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <atomic>template <typename K, typename V>
class LockFreeMap {
private:struct Node {K key;V value;std::atomic<Node*> next;Node(const K& k, const V& v) : key(k), value(v), next(nullptr) {}};std::vector<std::atomic<Node*>> buckets;static const size_t num_buckets = 100; // 根据需要设置桶的数量size_t hash(const K& key) const {// 简单哈希函数，根据需要使用更复杂的哈希函数return std::hash<K>{}(key) % num_buckets;}public:LockFreeMap() : buckets(num_buckets) {}void insert(const K& key, const V& value) {size_t bucket_index = hash(key);Node* newNode = new Node(key, value);while (true) {Node* head = buckets[bucket_index].load();newNode->next = head;if (buckets[bucket_index].compare_exchange_strong(head, newNode)) {return; // 插入成功}}}bool find(const K& key, V& value) const {size_t bucket_index = hash(key);Node* current = buckets[bucket_index].load();while (current) {if (current->key == key) {value = current->value;return true; // 找到了}current = current->next;}return false; // 没找到}bool remove(const K& key) {size_t bucket_index = hash(key);Node* current = buckets[bucket_index].load();Node* prev = nullptr;while (current) {if (current->key == key) {if (prev) {prev->next.store(current->next.load());} else {buckets[bucket_index].store(current->next.load());}delete current;return true; // 移除成功}prev = current;current = current->next.load();}return false; // 没找到要移除的节点}
};int main() {LockFreeMap<int, std::string> map;map.insert(1, "One");map.insert(2, "Two");map.insert(3, "Three");std::string value;if (map.find(2, value)) {std::cout << "Found: " << value << std::endl;} else {std::cout << "Not Found" << std::endl;}if (map.remove(3)) {std::cout << "Removed: 3" << std::endl;} else {std::cout << "Not Found" << std::endl;}return 0;
}

上述代码仅供参考，无锁数据结构的实现要考虑更多的细节和错误处理。还有就是这里没有考虑并发性能问题。如果需要高性能的无锁数据结构，可以考虑使用专业的并发数据结构库。

20. emplace_back 与 push_back 的区别

对 push/insert 更新成了 emplace，传入参数时直接在容器的底层构造。

#include <iostream>
#include <vector>using namespace std;class Test
{
public:Test(int a) { cout << "Test(int)" << endl; }Test(int a, int b) { cout << "Test(int, int)" << endl; }Test(const Test&) { cout << "Test(const Test&)" << endl; }Test(Test&&) { cout << "Test(Test&&)" << endl; }~Test() { cout << "~Test()" << endl; }
};int main()
{vector<Test> vec;vec.reserve(100);vec.push_back(10);cout << "--------" << endl;vec.emplace_back(10); //没有拷贝构造，直接在vec底层构造cout << "--------" << endl;return 0;
}

emplace_back 源码：

21. STL 迭代器如何实现？

1、 迭代器是一种抽象的设计理念，通过迭代器可以在不了解容器内部原理的情况下遍历容器，除此之外，STL 中迭代器一个最重要的作用就是作为容器与 STL 算法的粘合剂。

2、 迭代器的作用就是提供一个遍历容器内部所有元素的接口，因此迭代器内部必须保存一个与容器相关联的指针，然后重载各种运算操作来遍历，其中最重要的是 * 运算符与 -> 运算符，以及 ++、-- 等可能需要重载的运算符重载。这和 C++ 中的智能指针很像，智能指针也是将一个指针封装，然后通过引用计数或是其他方法完成自动释放内存的功能。

3、最常用的迭代器的相应型别有五种：value type、difference type、pointer、reference、iterator catagoly;

iterator catagoly 迭代器又被分为五类：input iterator、output iterator、forward iterator、bidirectional iterator、random adccess iterator。

从属关系：(input iterator、output iterator) -> forward iterator -> bidirectional iterator -> random adccess iterator

这篇关于【C++ 面试 - STL】每日 3 题（七）的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！

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