字节跳动 醒图 AI 应用客户端开发实习一面：TCP/UDP、HTTPS 与 C++ 多态

《面试题目》

先拷打实习经历和项目，然后八股。

1. TCP 和 UDP 的区别？
2. TCP 怎么保证可靠的？
3. TCP 和 UDP 的适用场景？
4. HTTP 和 HTTPS 的区别？
5. HTTPS 的过程？
6. HTTPS 是对称加密还是非对称加密？
7. 讲一下常用排序算法。
8. 为什么快排比较快？
9. 堆排序的思路？
10. 为什么快排比堆排序厉害？
11. 索引有什么用？
12. 索引的数据结构是什么？
13. B+ 树做索引为什么快？
14. C++ 多态是怎么实现的？
15. 进程与线程的区别？
16. 进程之间通信方式？
17. 讲一下三个智能指针。

算法题：最短路径和。

《参考解析》

TCP 与 UDP 的区别：TCP 面向连接、可靠、有序、有流量控制与拥塞控制，以字节流交付，头部 20 字节起；UDP 无连接、不保证到达与顺序、没有流控，以数据报交付，头部 8 字节。TCP 的可靠是用序列号 + 确认 + 超时重传 + 滑动窗口 + 校验和这一套换来的，代价是延迟和队头阻塞；UDP 什么都不保证，换来的是低延迟和自由。

TCP 靠什么保证可靠：① 序列号与确认（ACK）——每个字节都有编号，接收方回 ACK 告知已收到哪里；② 超时重传——发送方起定时器，超时未收到确认就重发，RTO 按 RTT 自适应估算；③ 快速重传——收到三个重复 ACK 立即重发，不等超时；④ 校验和——检测传输中的比特错误；⑤ 滑动窗口与流量控制——接收方通告可用窗口，防止发送过快压垮接收端；⑥ 拥塞控制——慢启动、拥塞避免、快重传快恢复，按网络状况调整发送速率；⑦ 连接管理——三次握手确认双方收发能力与初始序列号，四次挥手保证双向数据都发完。还要说明 TCP 保证的是「字节流可靠有序」，不保证应用层消息边界，粘包要靠应用层协议自己划。

适用场景：TCP 用于对完整性要求高、能容忍一点延迟的场景——HTTP / HTTPS、文件传输、邮件、数据库连接、SSH。UDP 用于对实时性敏感、丢了可以重发或直接丢弃的场景——音视频通话、直播、在线游戏、DNS 查询、QUIC（HTTP/3）在 UDP 上自建可靠性。

HTTP 与 HTTPS 的区别：HTTPS 就是 HTTP 加了一层 TLS。差别在三处：加密（HTTP 明文传输，中间任何一跳都能看到和篡改；HTTPS 对内容加密）、身份认证（HTTPS 用 CA 签发的证书证明「你连的确实是这个域名」，防中间人冒充）、完整性（TLS 的 MAC / AEAD 保证内容没被篡改）。默认端口 HTTP 80、HTTPS 443。代价是握手增加 RTT、加解密消耗 CPU。

HTTPS 握手过程：TLS 1.2 完整握手是 2-RTT：ClientHello（版本、密码套件列表、客户端随机数、SNI）→ ServerHello（选定套件、服务端随机数）+ Certificate（证书链）→ 客户端验证证书（CA 是否可信、域名是否匹配、有效期、吊销状态）→ 密钥交换（RSA 加密 pre-master，或 ECDHE 交换参数）→ 双方用随机数导出会话密钥 → ChangeCipherSpec + Finished 校验握手完整性 → 开始对称加密传输。TLS 1.3 精简到 1-RTT（重连支持 0-RTT），只保留前向安全的 ECDHE 类密钥交换，证书也加密传输。

对称还是非对称：两者都用，分工不同。非对称加密（RSA / ECDHE）只用在握手阶段——协商出会话密钥、验证服务端身份，因为它能解决「双方事先没有共享密钥」的问题，但计算慢。对称加密（AES-GCM / ChaCha20-Poly1305）用于握手之后的所有数据传输，因为快一到两个数量级。所以标准答法是「用非对称协商密钥，用对称加密数据」。ECDHE 的额外价值是前向安全——私钥将来泄露也解不开历史流量。

常用排序算法：按复杂度分三档。O(n²)——冒泡（相邻交换，稳定）、插入（局部有序时极快，稳定，是小数组的实用选择）、选择（每次选最小，不稳定）。O(n log n)——归并（分治 + 合并，稳定，需要 O(n) 额外空间）、快排（选 pivot 分区后递归，平均 O(n log n)、最坏 O(n²)，不稳定，原地）、堆排序（建堆后反复取堆顶，O(n log n) 稳定复杂度，不稳定，原地）。线性——计数排序、桶排序、基数排序，适用于值域有限或可分解的整数。工程实现（如 introsort）是混合策略：快排为主，递归过深退化成堆排序，小区间切插入排序。

快排为什么快：三个原因。① 常数因子小——原地交换、循环体极简、顺序访问内存对 CPU 缓存和分支预测友好；② 平均复杂度 O(n log n) 且实践中常数低，分区过程一次线性扫描就完成划分；③ 递归结构可并行、可分块，对大数组的局部性好。它的弱点是 pivot 选得差会退化到 O(n²)（已排序数组用首元素做 pivot 就是典型），所以工程上用随机 pivot 或三数取中缓解。

堆排序思路：先把数组原地建成大顶堆（从最后一个非叶节点 n/2 - 1 开始向前做下沉 sift-down，O(n) 建堆），然后循环 n-1 次：把堆顶（当前最大值）与末尾元素交换，堆大小减一，对新堆顶做一次下沉恢复堆性质。最终数组升序。整体 O(n log n)，原地，但常数比快排大。

快排为什么比堆排序快：虽然渐近复杂度相同，实际快一个明显量级，原因是内存访问模式。快排是顺序扫描数组、访存局部性极好，缓存命中率高；堆排序的 sift-down 是沿着堆的层级跳跃访问（下标 i 的父子在 2i+1 / 2i+2），跨度大、缓存不友好，几乎每次比较都可能 cache miss；此外堆排序的交换次数多、分支预测难。另一个角度是快排的分区把问题切成两个子问题后各自连续处理，而堆排序每次只归位一个元素。所以库实现普遍以快排为主，堆排序只在快排递归过深时兜底（保证最坏 O(n log n)）。

索引的作用：把「全表扫描」换成「按有序结构定位」。具体收益是查询变快（从 O(n) 到 O(log n)）、排序与分组可以借索引顺序免掉额外排序、唯一索引还能当约束用。代价是写入变慢（每次 INSERT / UPDATE / DELETE 都要维护索引结构）、占额外存储、优化器选错索引时反而更慢。所以索引不是越多越好，要按查询模式设计，尤其注意复合索引的字段顺序（最左前缀）。

索引的数据结构：MySQL InnoDB 用 B+ 树，哈希索引（Memory 引擎、或 InnoDB 的自适应哈希）用于等值查询。B+ 树的特点是：非叶节点只存键、不存数据，所以一个节点能塞下更多键、树更矮（通常 3~4 层就能覆盖千万级数据）；所有数据都在叶子节点且叶子之间用双向链表相连，范围查询和排序可以顺着链表扫，不用回树；每个节点大小对齐磁盘页（16KB），一次 IO 读一整页。

B+ 树做索引为什么快：核心是把随机 IO 次数压到很低。① 树矮——非叶节点只放键和指针，扇出大（一个 16KB 页能放几百上千个键），千万级数据的树高只有 34 层，一次查询最多 34 次页读取，其中非叶层通常已在 buffer pool 里缓存，真正落地 IO 往往只有一两次；② 叶子节点链表让范围查询只需定位起点再顺序扫，不用回树；③ 节点大小与磁盘页对齐，一次读就是一页，没有额外开销；④ 相比 B 树，B+ 树把数据都放叶子，非叶节点能存更多键，进一步降低树高；相比二叉搜索树，扇出大得多，层数少一个量级，IO 次数也就少一个量级。

C++ 多态的实现：分编译期和运行期。编译期多态靠函数重载、模板（静态决议，编译时确定调哪个）。运行期多态靠虚函数：类里有虚函数时，编译器给这个类生成一张虚函数表（vtable），表里按声明顺序放各虚函数的地址；每个对象里插入一个指向该表的指针（vptr），通常在对象内存布局的开头。调用虚函数时通过 vptr 找到 vtable、再按固定偏移取出函数地址调用——这就是动态绑定。派生类重写虚函数时，自己的 vtable 里对应槽位被替换成派生类的实现；基类指针指向派生类对象时，vptr 指向派生类的 vtable，所以调用落到派生类实现上。构造和析构期间 vptr 会随构造层次切换，所以构造函数里调虚函数不会多态。基类析构函数必须是虚的，否则通过基类指针 delete 派生类对象是未定义行为。

进程与线程的区别：进程是资源分配的基本单位（独立地址空间、文件描述符表、信号处理），线程是 CPU 调度的基本单位，同进程内的线程共享地址空间、全局变量、打开的文件，但各自有独立的栈、寄存器上下文和线程局部存储。所以线程间通信成本低（直接读写共享内存）但要自己做同步，进程间隔离强、崩溃不互相影响但通信要走内核。切换成本上线程远低于进程（进程切换要换页表、刷 TLB）。一个进程至少有一个线程。

进程间通信方式：① 管道（匿名管道用于父子进程，单向；命名管道 FIFO 可用于无亲缘进程）；② 消息队列（内核维护的消息链表，有类型、可按类型取）；③ 共享内存（最快，多进程映射同一块物理内存，但必须配信号量之类的同步机制）；④ 信号量（主要用于同步与互斥，本身不传数据）；⑤ 信号（异步通知，只能传一个编号）；⑥ Socket（可跨主机，本地也可用 Unix domain socket，性能高于 TCP 回环）；⑦ 文件（最原始的共享方式，靠锁协调）。共享内存 + 信号量是本地高性能 IPC 的经典组合。

三个智能指针：unique_ptr——独占所有权，不可拷贝只可移动（std::move 转移），零额外开销（和裸指针一样大），默认首选；用 std::make_unique 创建。shared_ptr——共享所有权，内部有控制块维护引用计数，计数归零时释放对象；拷贝会增加计数、有原子操作开销，循环引用会导致内存泄漏。weak_ptr——不增加引用计数的弱引用，指向 shared_ptr 管理的对象，用之前要 lock() 提升成 shared_ptr 并判空；它存在的意义就是打破 shared_ptr 的循环引用（典型场景是父子互指、观察者模式里的回调）。经验规则：默认 unique_ptr，确实需要共享才用 shared_ptr，出现双向关系时一侧改 weak_ptr。