西邮Linux兴趣小组2022纳新面试题题解

本题目只作为 Xiyou Linux 兴趣小组 2022 纳新面试的有限参考。
为节省版面，本试题的程序源码省去了 #include 指令。
本试题中的程序源码仅用于考察C语言基础，不应当作为C语言「代码风格」的范例。
题目难度随机排列。所有题目编译并运行于 x86_64 GNU/Linux 环境。
学长寄语：
长期以来，西邮Linux兴趣小组的面试题以难度之高名扬西邮校内。我们作为出题人也清楚的知道这份试题略有难度。请别担心。若有同学能完成一半的题目，就已经十分优秀。 其次，相比于题目的答案，我们对你的思路和过程更感兴趣，或许你的答案略有瑕疵，但你正确的思路和对知识的理解足以为你赢得绝大多数的分数。最后，做题的过程也是学习和成长的过程，相信本试题对你更加熟悉的掌握C语言的一定有所帮助。祝你好运。我们FZ103见！
Copyright © 2022 西邮Linux兴趣小组, All Rights Reserved.
本试题使用采用知识共享署名-非商业性使用-相同方式共享 4.0 国际许可协议进行许可。

0. 我的计算器坏了？！

2^10 = 1024 对应于十进制的4位，那么 2^10000 对应于十进制的多少位呢?

对于十进制数 d，可以取其以10为底的对数，[lg d] + 1 即为所求的位数。

[lg 2^10] + 1 = [10 lg 2] + 1 = 4
[lg 2^10000] + 1 = 3011

当然，也可以使用Python，将 2^10000 转换为字符串并打印其长度解决。

python

print(len(str(2 ** 10000))) # 3011

1. printf还能这么玩？

尝试着解释程序的输出。

int main(void) {
    if ((3 + 2 < 2) > (3 + 2 > 2))
        printf("Welcome to Xiyou Linux Group\n");
    else
        printf("%d\n", printf("Xiyou Linux Group - 2%d", printf("")));
}

先看 if 语句，3 + 2 < 2 为假返回 0，3 + 2 > 2 为真返回1，0 > 1 为假，执行 else 内的语句。

而 else 语句中，printf() 的返回值为打印字符串的长度，因此最内层的 printf("") 打印 "" 并返回其长度 0，中间层打印 "Xiyou Linux Group - 20" 并返回其长度 22，外层打印 "22\n"，其结果为：

Xiyou Linux Group - 2022

2. 你好你好你好呀！

程序的输出有点奇怪，请尝试解释一下程序的输出吧。
请谈谈对 sizeof() 及 strlen() 的理解吧。

int main(void) {
    char p0[] = "Hello,Linux";
    char *p1 = "Hello,Linux";
    char p2[11] = "Hello,Linux";
    printf("p0 == p1: %d, strcmp(p0, p2): %d\n", p0 == p1, strcmp(p0, p2));
    printf("sizeof(p0): %zu, sizeof(p1): %zu, sizeof(*p2): %zu\n",
           sizeof(p0), sizeof(p1), sizeof(*p2));
    printf("strlen(p0): %zu, strlen(p1): %zu\n", strlen(p0), strlen(p1));
}

p0 是字符数组，以 '\0' 结尾，p1 是字符指针，指向常量区的一个字符串，p2 也是字符数组，但由于长度限制，没有结尾的标识符 \0。

直接引用数组变量名时，返回的是数组首位的地址，直接引用指针名时，返回的是指针指向的地址。由于 p0、p1 地址不同，因此 p1 == p2 不为真，返回 0。strcmp() 为字符串比较函数，从传入的两个地址参数开始向后读取字符并比较，直到出现不同的字符或者 \0 为止，返回正数、负数或 0（相应字符的 ASCII 码之差有关），分别表示前者大、后者大、两者相等。当读到 p0 的 \0 时，此时 p2 的下一个字符为内存中的随机值。因此打印的第一行为：

p0 == p1: 0, strcmp(p0, p2): -72

sizeof(p0) 是字符数组(含 '\0' 以及未初始化的内容)的大小，sizeof(p1) 是指针所存地址的大小，sizeof(*p2) 是字符 'H' 的大小。因此打印的第二行为：

sizeof(p0): 12, sizeof(p1): 8, sizeof(*p2): 1

strlen() 返回字符串的长度，从传入的地址参数开始读取，直到内存中的下一个 '\0' 之前，返回读取的字符个数，

strlen(p0): 11, strlen(p1): 11

另外，由于 p2 长度限制，数组内没有 '\0' 作字符串结束的标识符，因此 strlen(p2) 返回的是数组首位到内存随机内容的下一个 '\0'，其返回值应该很大，具体结果视内存而定。

3. 换个变量名不行吗？

请结合本题，分别谈谈你对C语言中「全局变量」和「局部变量」的「生命周期」理解。

int a = 3;
void test() {
    int a = 1;
    a += 1;
    {
        int a = a + 1;
        printf("a = %d\n", a);
    }
    printf("a = %d\n", a);
}
int main(void) {
    test();
    printf("a= %d\n", a);
}

打印第一个a的内容不符合预期，因为代码块作用域内的局部变量a在声明时遇到了 Undefined behavior，a的值视具体的编译器、系统、平台而定。

浅谈 C++ Undefined Behavior

4. 内存对不齐

union 与 struct 各有什么特点呢，你了解他们的内存分配模式吗。

typedef union {
    long l;
    int i[5];
    char c;
} UNION;
typedef struct {
    int like;
    UNION coin;
    double collect;
} STRUCT;
int main(void) {
    printf("sizeof (UNION) = %zu\n", sizeof(UNION));
    printf("sizeof (STRUCT) = %zu\n", sizeof(STRUCT));
}

sizeof (long) = 4
sizeof (int[5]) = 20
sizeof (char) = 1

union 中的所有数据成员共享同一个存储空间，其在内存中的大小为最大成员的大小，因此 UNION 的大小应该为 20。

sizeof (int) = 4
sizeof (UNION) = 20
sizeof (double) = 8

struct 中的每个数据成员享有独立的存储空间，其在内存中的大小为所有成员的大小之和。因此 STRUCT 的大小应该为 32。

真的是这样吗？

在计算机中，为了方便读取数据，内存中各数据的起始地址通常都是4或8的倍数。因此结果很可能如下：

sizeof (UNION) = 24
sizeof (STRUCT) = 40

C/C++内存对齐详解 - 知乎专栏
Data alignment: Straighten up and fly right - IBM Developer

若是4字节对齐：

typedef union {
    long l;         // 0 ~ 3
    int i[5];       // 0 ~ 19
    char c;         // 0 ~ 7
} UNION;            // 0 ~ 19 -> 20
typedef struct {
    int like;       // 0 ~ 3
    UNION coin;     // 4 ~ 23
    double collect; // 23 ~ 30
} STRUCT;           // 0 ~ 31 -> 32

若是8字节对齐：

typedef union {
    long l;         // 0 ~ 3
    int i[5];       // 0 ~ 19
    char c;         // 0 ~ 7
} UNION;            // 0 ~ 23 -> 24
typedef struct {
    int like;       // 0 ~ 3
    UNION coin;     // 8 ~ 27
    double collect; // 32 ~ 39
} STRUCT;           // 0 ~ 39 -> 40

5. Bitwise

请使用纸笔推导出程序的输出结果。
请谈谈你对位运算的理解。

int main(void) {
    unsigned char a = 4 | 7;
    a <<= 3;
    unsigned char b = 5 & 7;
    b >>= 3;
    unsigned char c = 6 ^ 7;
    c = ~c;
    unsigned short d = (a ^ c) << 3;
    signed char e = -63;
    e <<= 2;
    printf("a: %d, b: %d, c: %d, d: %d\n", a, b, c, (char)d);
    printf("e: %#x\n", e);
}

按步骤执行：

#include <stdio.h>
int main(void) {
    unsigned char a = 4 | 7;
    // a = 0000 0010 | 0000 0111 = 0000 0111 -> 7
    a <<= 3;
    // a = 0011 1000 = 28
    unsigned char b = 5 & 7;
    // b = 0000 0101 & 0000 0111 = 0000 0111 -> 7
    b >>= 3;
    // b = 0000 0000 = 0
    unsigned char c = 6 ^ 7;
    // c = 0000 0110 ^ 0000 0111 = 0000 0001 -> 1
    c = ~c;
    // c = 1111 1110 -> (unsigned) 254
    unsigned short d = (a ^ c) << 3;
    // d = (0011 1000 ^ 1111 1110) << 3
    //   = 1100 0110 << 3
    //   = 0000 0110 0011 0000 -> 1584
    signed char e = -63;
    // e = 1100 0001
    e <<= 2;
    // e = 0000 0100

    // 作为char类型打印d，只保留低八位
    // (char)d = 0011 0000 -> 48
    printf("a: %d, b: %d, c: %d, d: %d\n", a, b, c, (char)d);
    // 56, 0, 254, 48
    printf("e: %#x\n", e);
    // 0x4
    return 0;
}

6. 英译汉

请说说下面数据类型的含义，谈谈 const 的作用。
char *const p。
char const *p。
const char *p。

char *const p 指 *p 是个常量型字符指针，其中所存的地址不能改变。
char const *p 指字符指针 *p 指向的字符是个常量，所指字符的内容不能改变，但可以改变 *p 指向的地址。
const char *p 指字符指针 *p 指向的字符是个常量，所指字符的内容不能改变，但可以改变 *p 指向的地址。

7. 汉译英

请用变量 p 给出下面的定义:
含有10个指向 int 的指针的数组。
指向含有10个 int 数组的指针。
含有3个「指向函数的指针」的数组，被指向的函数有1个 int 参数并返回 int。

含有10个指向 int 的指针的数组。
c
```
int *p[10];
```
指向含有10个 int 数组的指针。
c
```
int arr[10];
int *p = (int*)arr;
```
含有3个「指向函数的指针」的数组，被指向的函数有1个 int 参数并返回 int。
c
```
int (*p[3])(int arg);
```

8. 混乱中建立秩序

你对排序算法了解多少呢? 请谈谈你所了解的排序算法的思想、稳定性、时间复杂度、空间复杂度。
提示：动动你的小手敲出来更好哦~

冒泡排序

void bubbleSort(int arr[], int len)
{
    int i, j, tmp;
    for (i = 0; i < len - 1; i++)
        for (j = 0; j < len - 1 - i; j++)
            if (arr[j] > arr[j + 1])
            {
                tmp = arr[j];
                arr[j] = arr[j + 1];
                arr[j + 1] = tmp;
            }
}

选择排序

void selectionSort(int arr[], int len)
{
    int i, j;
    for (i = 0; i < len - 1; i++)
    {
        int min = i;
        for (j = i + 1; j < len; j++)
            if (arr[j] < arr[min])
                min = j;
        int tmp = arr[min];
        arr[min] = &arr[i];
        &arr[i] = tmp;
    }
}

https://github.com/hustcc/JS-Sorting-Algorithm

9. 手脑并用

请实现ConvertAndMerge函数：拼接输入的两个字符串，并翻转拼接后得到的新字符串中所有字母的大小写。
提示:你需要为新字符串分配空间。
c
char* convertAndMerge(/*补全签名*/);
int main(void) {
    char words[2][20] = {"Welcome to Xiyou ", "Linux Group 2022"};
    printf("%s\n", words[0]);
    printf("%s\n", words[1]);
    char *str = convertAndMerge(words);
    printf("str = %s\n", str);
    free(str);
}

#include <stdio.h>
#include <string.h>
char *convertAndMerge(char strs[2][20])
{
    char *result = (char *)malloc(sizeof(char) * 40);
    strcpy(result, strs[0]);
    strcat(result, strs[1]);
    int len = strlen(strs[0]) + strlen(strs[1]);
    for (int i = 0; i < len; i++)
    {
        if (result[i] >= 'A' && result[i] <= 'Z')
            result[i] += 32;
        else if (result[i] >= 'a' && result[i] <= 'z')
            result[i] -= 32;
    }
    return result;
}
int main(void)
{
    char words[2][20] = {"Welcome to Xiyou ", "Linux Group 2022"};
    printf("%s\n", words[0]);
    printf("%s\n", words[1]);
    char *str = convertAndMerge(words);
    printf("str = %s\n", str);
    free(str);
}

10. 给你我的指针，访问我的心声

程序的输出有点奇怪，请尝试解释一下程序的输出吧。

int main(int argc, char **argv) {
    int arr[5][5];
    int a = 0;
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        int *temp = *(arr + i);
        for (; temp < arr[5]; temp++) *temp = a++;
    }
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        for (int j = 0; j < 5; j++) {
            printf("%d\t", arr[i][j]);
        }
    }
}

运行后，程序的输出为：

0       1       2       3       4
25      26      27      28      29
45      46      47      48      49
60      61      62      63      64
70      71      72      73      74

程序在运行时，a 是稳定自增的值，输出为此结果的原因是程序在每次循环时，将 a 的值从 arr[i] 的起始（*temp = *(arr + i)）赋值到数组的结尾。比如在第二次循环时，a 从 25 自增到 44 的序列会从 arr[1][0] 赋值到 arr[4][4]，覆盖了第一次循环后原先位置的 5 到 24。

如果将循环条件中的 temp < arr[5]，改为 temp < arr[i+1]，程序在每次循环时就会只对 arr[i] 内的元素进行操作，如下。

#include <stdio.h>
int main(int argc, char **argv) {
    int arr[5][5];
    int a = 0;
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        int *temp = *(arr + i);
        for (; temp < arr[i+1]; temp++) *temp = a++;
    }
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        for (int j = 0; j < 5; j++) {
            printf("%d\t", arr[i][j]);
        }
    }
}

0       1       2       3       4
5       6       7       8       9
10      11      12      13      14
15      16      17      18      19
20      21      22      23      24

11. 奇怪的参数

你了解argc和argv吗？直接运行程序argc的值为什么是1？程序会出现死循环吗？

#include <stdio.h>
int main(int argc, char **argv) {
    printf("argc = %d\n", argc);
    while (1) {
        argc++;
        if (argc < 0) {
            printf("%s\n", (char *)argv[0]);
            break;
        }
    }
}

argc 指argument count，即参数计数器，argv 指argument vector，即参数数组。程序在运行时传入的第一个参数就是程序的启动路径/文件名，因此 argc 最小为1。在循环中，int argc 会自增到溢出，然后打印 argv[0] 即程序路径。

12. 奇怪的字符

程序的输出有点奇怪，请尝试解释一下程序的输出吧。

int main(int argc, char **argv) {
    int data1[2][3] = {{0x636c6557, 0x20656d6f, 0x58206f74},
                       {0x756f7969, 0x6e694c20, 0x00000000}};
    int data2[] = {0x47207875, 0x70756f72, 0x32303220, 0x00000a32};
    char *a = (char *)data1;
    char *b = (char *)data2;
    char buf[1024];
    strcpy(buf, a);
    strcat(buf, b);
    printf("%s \n", buf);
}

程序的输出为：

Welcome to Xiyou Linux Group 2022

文本在变量中的存储对应关系如下：

//                     c l e W       e m o     X   o t
int data1[2][3] = {{0x636c6557, 0x20656d6f, 0x58206f74},
                   //  u o y i     n i L            \0
                   {0x756f7969, 0x6e694c20, 0x00000000}};
//                G   x u     p u o r     2 0 2             2
int data2[] = {0x47207875, 0x70756f72, 0x32303220, 0x00000a32};
// unsigned char buf[33] = {
//     0x57, 0x65, 0x6C, 0x63, 0x6F, 0x6D, 0x65, 0x20, 0x74, 0x6F, 0x20, 0x58,
//     0x69, 0x79, 0x6F, 0x75, 0x20, 0x4C, 0x69, 0x6E, 0x75, 0x78, 0x20, 0x47,
//     0x72, 0x6F, 0x75, 0x70, 0x20, 0x32, 0x30, 0x32, 0x32};

程序运行时，会把 data[1] 和 data[2] 中的字符串拼接起来，然后输出。

字符之所以“反向存储”，是因为在计算机中，为了方便某些设备的读取，采用了“小端序”(Little-endian)的存储方式：低位字节排放在内存的低地址端即该值的起始地址，高位字节排放在内存的高地址端。

与此相对的自然是“大端序”(Big-endian)，常见于文件存储、网络传输中。

13. 小试宏刀

请谈谈你对 #define 的理解。
请尝试着解释程序的输出。

#define SWAP(a, b, t) t = a; a = b; b = t
#define SQUARE(a) a *a
#define SWAPWHEN(a, b, t, cond) if (cond) SWAP(a, b, t)
int main() {
    int tmp;
    int x = 1;
    int y = 2;
    int z = 3;
    int w = 3;
    SWAP(x, y, tmp);
    printf("x = %d, y = %d, tmp = %d\n", x, y, tmp);
    if (x > y) SWAP(x, y, tmp);
    printf("x = %d, y = %d, tmp = %d\n", x, y, tmp);
    SWAPWHEN(x, y, tmp, SQUARE(1 + 2 + z++ + ++w) == 100);
    printf("x = %d, y = %d\n", x, y, tmp);
    printf("z = %d, w = %d, tmp = %d\n", z, w, tmp);
}

x = 2, y = 1, tmp = 1
x = 1, y = 2, tmp = 2
x = 2, y = 2
z = 5, w = 5, tmp = 2

宏定义只是实现了简单的文本替换，不会自动为表达式补充圆括号或者为代码块补充花括号。因此，宏定义替换后等效于如下代码：

#include <stdio.h>
int main()
{
    int tmp;
    int x = 1;
    int y = 2;
    int z = 3;
    int w = 3;
    // SWAP(x, y, tmp);
    tmp = x;
    x = y;
    y = tmp;
    printf("x = %d, y = %d, tmp = %d\n", x, y, tmp);
    // x = 2, y = 1, tmp = 1
    // if (x > y) SWAP(x, y, tmp);
    if (x < y)
        tmp = x;
    // 无论如何以下两行都执行
    x = y;
    y = tmp;
    printf("x = %d, y = %d, tmp = %d\n", x, y, tmp);
    // x = 1, y = 2, tmp = 2
    // SWAPWHEN(x, y, tmp, SQUARE(1 + 2 + z++ + ++w) == 100);
    // 宏替换并不会为SQUARE()函数的参数加括号
    if (1 + 2 + z++ + ++w * 1 + 2 + z++ + ++w == 100)
        tmp = x;
    x = y;
    y = tmp;
    printf("x = %d, y = %d", x, y, tmp);
    // x = 2, y = 2
    printf("z = %d, w = %d, tmp = %d\n", z, w, tmp);
    // z = 5, w = 5 ,tmp = 2
}

如此修改，便可令程序按预期执行。

#include <stdio.h>
#include <math.h>
#define SWAP(a, b, t) { t = a; a = b; b = t; }
#define SQUARE(a) pow(a, 2)
#define SWAPWHEN(a, b, t, cond) if (cond) { SWAP(a, b, t) }
int main() {
    int tmp;
    int x = 1;
    int y = 2;
    int z = 3;
    int w = 3;
    SWAP(x, y, tmp);
    printf("x = %d, y = %d, tmp = %d\n", x, y, tmp);
    if (x > y) SWAP(x, y, tmp);
    SWAPWHEN(x, y, tmp, SQUARE(1 + 2 + z++ + ++w) == 100);
    printf("x = %d, y = %d\n", x, y, tmp);
    printf("z = %d, w = %d ,tmp = %d\n", z, w, tmp);
}

14. GNU/Linux命令 (选做)

你知道以下命令的含义和用法吗：
注：
嘿！你或许对Linux命令不是很熟悉，甚至你没听说过Linux。
但别担心，这是选做题，不会对你的面试产生很大的影响！
了解Linux是加分项，但不了解也不扣分哦！
ls
rm
whoami
请问你还了解哪些GNU/Linux的命令呢。

ls 即 list directory contents ，列出目前工作目录所含之文件及子目录（显示指定工作目录下之内容）。
rm 即 remove，用于删除一个文件或者目录，慎用。
whoami 用来打印当前执行操作的用户名，与此相似的 who am i 则用来打印登陆当前 Linux 系统的用户名。
实用的文件工具有 mv、touch、mkdir、cp、chmod 等。
实用的网络工具有 nc、netstat、ping 等。

恭喜你做到这里！你的坚持战胜了绝大多数看到这份试题的同学。
或许你自己对答题的表现不满意,但别担心，请自信一点呐。
坚持到达这里已经证明了你的优秀。
还在等什么,快带上你的笔记本电脑，来FZ103面试吧!

西邮Linux兴趣小组2022纳新面试题题解

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