某日二师兄参加XXX科技公司的C++工程师开发岗位第22面: (二师兄好苦逼,节假日还在面试。。。)
面试官:C++的继承了解吗?
二师兄:(不好意思,你面到我的强项了。。)了解一些。
面试官:什么是虚函数,为什么需要虚函数?
二师兄:虚函数允许在基类中定义一个函数,然后在派生类中进行重写(
override
)。二师兄:主要是为了实现面向对象中的三大特性之一多态。多态允许在子类中重写父类的虚函数,同样的函数在子类和父类实现不同的形态,简称为多态。
面试官:你知道
override
和finial
关键字的作用吗?二师兄:
override
关键字告诉编译器,这个函数一定会重写父类的虚函数,如果父类没有这个虚函数,则无法通过编译。此关键字可省略,但不建议省略。二师兄:
finial
关键字告诉编译器,这个函数到此为止,如果后续有类继承当前类,也不能再重写此函数。二师兄:这两个关键字都是C++11引入的,为了提升C++面向对象编码的安全性。
面试官:你知道多态是怎么实现的吗?
二师兄:(起开,我要开始装逼了!)C++主要使用了虚指针和虚表来实现多态。在拥有虚函数的对象中,包含一个虚指针(
virtual pointer
)(一般位于对象所在内存的起始位置),这个虚指针指向一个虚表(virtual table
),虚表中记录了虚函数的真实地址。
#include <iostream>
struct Foo
{
size_t a = 42;
virtual void fun1() {std::cout <<"Foo::fun1" << std::endl;}
virtual void fun2() {std::cout <<"Foo::fun2" << std::endl;}
virtual void fun3() {std::cout <<"Foo::fun3" << std::endl;}
};
struct Goo: Foo{
size_t b = 1024;
virtual void fun1() override {std::cout <<"Goo::fun1" << std::endl;}
virtual void fun3() override {std::cout <<"Goo::fun3" << std::endl;}
};
using PF = void(*)();
void test(Foo* pf)
{
size_t* virtual_point = (size_t*)pf;
PF* pf1 = (PF*)*virtual_point;
PF* pf2 = pf1 + 1; //偏移8字节 到下一个指针 fun2
PF* pf3 = pf1 + 2; //偏移16字节 到下下一个指针 fun3
(*pf1)(); //Foo::fun1 or Goo::fun1 取决于pf的真实类型
(*pf2)(); //Foo::fun2
(*pf3)(); //Foo::fun3 or Goo::fun3 取决于pf的真实类型
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
Foo* fp = new Foo;
test(fp);
fp = new Goo;
test(fp);
size_t* virtual_point = (size_t*)fp;
size_t* ap = virtual_point + 1;
size_t* bp = virtual_point + 2;
std::cout << *ap << std::endl; //42
std::cout << *bp << std::endl; //1024
}
二师兄:当初始化虚表时,会把当前类override的函数地址写到虚表中(
Goo::fun1
、Goo::fun3
),对于基类中的虚函数但是派生类中没有override
,则会把基类的函数地址写到虚表中(Foo::fun2
),在调用函数的时候,会通过虚指针转到虚表,并根据虚函数的偏移得到真实函数地址,从而实现多态。面试官:不错。上图你画出了单一继承的内存布局,那多继承呢?
二师兄:多继承内存布局类似,只不过会多几个
virtual pointer
。
#include <iostream>
struct Foo1
{
size_t a = 42;
virtual void fun1() {std::cout <<"Foo1::fun1" << std::endl;}
virtual void fun2() {std::cout <<"Foo1::fun2" << std::endl;}
virtual void fun3() {std::cout <<"Foo1::fun3" << std::endl;}
};
struct Foo2{
size_t b = 1024;
virtual void fun4() {std::cout <<"Foo2::fun4" << std::endl;}
virtual void fun5() {std::cout <<"Foo2::fun5" << std::endl;}
};
struct Foo3{
size_t c = 0;
virtual void fun6() {std::cout <<"Foo3::fun1" << std::endl;}
virtual void fun7() {std::cout <<"Foo3::fun3" << std::endl;}
};
struct Goo: public Foo1, public Foo2, public Foo3
{
virtual void fun2() override {std::cout <<"Goo::fun2" << std::endl;}
virtual void fun6() override {std::cout <<"Goo::fun6" << std::endl;}
};
int main(int argc, char const *argv[])
{
Goo g;
g.fun1(); //Foo1::fun1
g.fun2(); //Goo::fun2
g.fun3(); //Foo1::fun3
g.fun4(); //Foo2::fun4
g.fun5(); //Foo2::fun5
g.fun6(); //Goo::fun6
g.fun7(); //Foo3::fun7
}
面试官:你知道什么是菱形继承吗?菱形继承会引发什么问题?如何解决?
二师兄:菱形继承(
Diamond Inheritance
)是指在继承层次结构中,如果两个不同的子类B和C继承自同一个父类A,而又有一个类D同时继承B和C,这种继承关