[C++知识库] 【面试】C/C++面试宝典三

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[C++知识库]【面试】C/C++面试宝典三

1. 面向对象

面向对象程序设计（Object-oriented programming，OOP）是种具有对象概念的程序编程典范，同时也是一种程序开发的抽象方针。

面向对象三大特征 —— 封装、继承、多态

封装

把客观事物封装成抽象的类，并且类可以把自己的数据和方法只让可信的类或者对象操作，对不可信的进行信息隐藏。关键字：public, protected, private。不写默认为 private。

public?成员：可以被任意实体访问
protected?成员：只允许被子类及本类的成员函数访问
private?成员：只允许被本类的成员函数、友元类或友元函数访问

继承

基类（父类）——> 派生类（子类）

多态

多态，即多种状态（形态）。简单来说，我们可以将多态定义为消息以多种形式显示的能力。
多态是以封装和继承为基础的。
C++ 多态分类及实现：
1. 重载多态（Ad-hoc Polymorphism，编译期）：函数重载、运算符重载
2. 子类型多态（Subtype Polymorphism，运行期）：虚函数
3. 参数多态性（Parametric Polymorphism，编译期）：类模板、函数模板
4. 强制多态（Coercion Polymorphism，编译期/运行期）：基本类型转换、自定义类型转换

The Four Polymorphisms in C++

静态多态（编译期/早绑定）

函数重载

class A
{
public:
    void do(int a);
    void do(int a, int b);
};

动态多态（运行期期/晚绑定）

虚函数：用 virtual 修饰成员函数，使其成为虚函数
动态绑定：当使用基类的引用或指针调用一个虚函数时将发生动态绑定

注意：

可以将派生类的对象赋值给基类的指针或引用，反之不可
普通函数（非类成员函数）不能是虚函数
静态函数（static）不能是虚函数
构造函数不能是虚函数（因为在调用构造函数时，虚表指针并没有在对象的内存空间中，必须要构造函数调用完成后才会形成虚表指针）
内联函数不能是表现多态性时的虚函数，解释见：虚函数（virtual）可以是内联函数（inline）吗？

class Shape                     // 形状类
{
public:
    virtual double calcArea()
    {
        ...
    }
    virtual ~Shape();
};
class Circle : public Shape     // 圆形类
{
public:
    virtual double calcArea();
    ...
};
class Rect : public Shape       // 矩形类
{
public:
    virtual double calcArea();
    ...
};
int main()
{
    Shape * shape1 = new Circle(4.0);
    Shape * shape2 = new Rect(5.0, 6.0);
    shape1->calcArea();         // 调用圆形类里面的方法
    shape2->calcArea();         // 调用矩形类里面的方法
    delete shape1;
    shape1 = nullptr;
    delete shape2;
    shape2 = nullptr;
    return 0;
}

虚析构函数

虚析构函数是为了解决基类的指针指向派生类对象，并用基类的指针删除派生类对象。

class Shape
{
public:
    Shape();                    // 构造函数不能是虚函数
    virtual double calcArea();
    virtual ~Shape();           // 虚析构函数
};

class Circle : public Shape     // 圆形类
{
public:
    virtual double calcArea();
    ...
};

int main()
{
    Shape * shape1 = new Circle(4.0);
    shape1->calcArea();    
    delete shape1;  // 因为Shape有虚析构函数，所以delete释放内存时，先调用子类析构函数，再调用基类析构函数，防止内存泄漏。
    shape1 = NULL;
    return 0；
}

纯虚函数

纯虚函数是一种特殊的虚函数，在基类中不能对虚函数给出有意义的实现，而把它声明为纯虚函数，它的实现留给该基类的派生类去做。

virtual int A() = 0;

虚函数、纯虚函数

类里如果声明了虚函数，这个函数是实现的，哪怕是空实现，它的作用就是为了能让这个函数在它的子类里面可以被覆盖（override），这样的话，编译器就可以使用后期绑定来达到多态了。纯虚函数只是一个接口，是个函数的声明而已，它要留到子类里去实现。
虚函数在子类里面可以不重写；但纯虚函数必须在子类实现才可以实例化子类。
虚函数的类用于 “实作继承”，继承接口的同时也继承了父类的实现。纯虚函数关注的是接口的统一性，实现由子类完成。
带纯虚函数的类叫抽象类，这种类不能直接生成对象，而只有被继承，并重写其虚函数后，才能使用。抽象类被继承后，子类可以继续是抽象类，也可以是普通类。
虚基类是虚继承中的基类，具体见下文虚继承。

CSDN . C++ 中的虚函数、纯虚函数区别和联系

虚函数指针、虚函数表

虚函数指针：在含有虚函数类的对象中，指向虚函数表，在运行时确定。
虚函数表：在程序只读数据段（.rodata section，见：目标文件存储结构），存放虚函数指针，如果派生类实现了基类的某个虚函数，则在虚表中覆盖原本基类的那个虚函数指针，在编译时根据类的声明创建。

C++中的虚函数(表)实现机制以及用C语言对其进行的模拟实现

虚继承

虚继承用于解决多继承条件下的菱形继承问题（浪费存储空间、存在二义性）。

底层实现原理与编译器相关，一般通过虚基类指针和虚基类表实现，每个虚继承的子类都有一个虚基类指针（占用一个指针的存储空间，4字节）和虚基类表（不占用类对象的存储空间）（需要强调的是，虚基类依旧会在子类里面存在拷贝，只是仅仅最多存在一份而已，并不是不在子类里面了）；当虚继承的子类被当做父类继承时，虚基类指针也会被继承。

实际上，vbptr 指的是虚基类表指针（virtual base table pointer），该指针指向了一个虚基类表（virtual table），虚表中记录了虚基类与本类的偏移地址；通过偏移地址，这样就找到了虚基类成员，而虚继承也不用像普通多继承那样维持着公共基类（虚基类）的两份同样的拷贝，节省了存储空间。