面试题：C++字符与字符串常量的底层存储及sizeof在模板元编程中的应用

Question

1. 从底层存储角度详细阐述C++字符常量和字符串常量的布局结构以及`sizeof`操作如何反映这种布局。 2. 编写一个C++模板元编程代码，利用`sizeof`来判断两个字符常量连接后形成的字符串常量的长度，并在编译期输出结果。例如，对于字符常量`'a'`和`'b'`，连接后形成的字符串常量`"ab"`，通过模板元编程获取其长度并在编译期打印。（提示：可以使用`constexpr`和模板特化等技术）

Answer 1

1. C++字符常量和字符串常量的底层存储及sizeof操作

字符常量

• 布局结构：在C++中，字符常量通常是一个单字符，占用一个字节的存储空间。例如，'a'在内存中以其对应的ASCII码值（97）存储，其类型为char。
• sizeof操作：使用sizeof对字符常量进行操作，结果为1。例如，sizeof('a')的结果是1，因为字符常量只占用一个字节。

字符串常量

• 布局结构：字符串常量是由零个或多个字符组成的序列，以空字符'\0'结尾。例如，字符串常量"hello"在内存中实际存储为'h', 'e', 'l', 'l', 'o', '\0'，占用6个字节。
• sizeof操作：sizeof对字符串常量操作时，返回的是包含结尾空字符在内的字节数。例如，sizeof("hello")的结果是6，因为它包含了5个字符和1个结尾的空字符'\0'。

2. C++模板元编程代码

#include <iostream>

// 模板特化基础情况
template<char... chars>
struct StringLength;

template<>
struct StringLength<> {
    static constexpr std::size_t value = 0;
};

// 递归模板特化
template<char head, char... tail>
struct StringLength<head, tail...> {
    static constexpr std::size_t value = 1 + StringLength<tail...>::value;
};

// 连接两个字符常量并获取长度
template<char c1, char c2>
struct ConcatAndLength {
    static constexpr char result[] = {c1, c2, '\0'};
    static constexpr std::size_t length = StringLength<c1, c2, '\0'>::value;
};

int main() {
    // 示例使用
    std::cout << "Length of \"ab\" is: " << ConcatAndLength<'a', 'b'>::length << std::endl;
    return 0;
}

在上述代码中：

• StringLength模板类用于计算字符序列的长度。
• ConcatAndLength模板类将两个字符常量连接成一个字符串常量，并使用StringLength获取其长度。
• 在main函数中，展示了如何使用ConcatAndLength来获取连接后的字符串常量的长度并输出。