NO.11|C++面向对象|虚析构|虚构造|模板类|派生类|移动构造函数|引用数据成员|虚函数|常函数|虚继承|纯虚函数|菱形继承-优快云博客

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说说为什么要虚析构，为什么不能虚构造

虚析构：将可能会被继承的父类的析构函数设置为虚函数，可以保证当我们new一个子类，然后使用基类指针指向该子类对象，释放基类指针时可以释放掉子类的空间，防止内存泄漏。如果基类的析构函数不是虚函数，在特定情况下会导致派生来无法被析构。
1. 用派生类类型指针绑定派生类实例，析构的时候，不管基类析构函数是不是虚函数，都会正常析构
2. 用基类类型指针绑定派生类实例，析构的时候，如果基类析构函数不是虚函数，则只会析构基类，不会析构派生类对象，从而造成内存泄漏。为什么会出现这种现象呢，个人认为析构的时候如果没有虚函数的动态绑定功能，就只根据指针的类型来进行的，而不是根据指针绑定的对象来进行，所以只是调用了基类的析构函数；如果基类的析构函数是虚函数，则析构的时候就要根据指针绑定的对象来调用对应的析构函数了。
  C++默认的析构函数不是虚函数是因为虚函数需要额外的虚函数表和虚表指针，占用额外的内存。而对于不会被继承的类来说，其析构函数如果是虚函数，就会浪费内存。因此C++默认的析构函数不是虚函数，而是只有当需要当作父类时，设置为虚函数。
不能虚构造：
1. 从存储空间角度：虚函数对应一个vtale,这个表的地址是存储在对象的内存空间的。如果将构造函数设置为虚函数，就需要到vtable 中调用，可是对象还没有实例化，没有内存空间分配，如何调用。（悖论）
2. 从使用角度：虚函数主要用于在信息不全的情况下，能使重载的函数得到对应的调用。构造函数本身就是要初始化实例，那使用虚函数也没有实际意义呀。所以构造函数没有必要是虚函数。虚函数的作用在于通过父类的指针或者引用来调用它的时候能够变成调用子类的那个成员函数。而构造函数是在创建对象时自动调用的，不可能通过父类的指针或者引用去调用，因此也就规定构造函数不能是虚函数。
从实现上看，vbtl 在构造函数调用后才建立，因而构造函数不可能成为虚函数。从实际含义
上看，在调用构造函数时还不能确定对象的真实类型（因为子类会调父类的构造函数）；而且构造函数的作用是提供初始化，在对象生命期只执行一次，不是对象的动态行为，也没有太大的必要成为虚函数。

说说模板类是在什么时候实现的

模板实例化：模板的实例化分为显示实例化和隐式实例化，前者是研发人员明确的告诉模板应该使用什么样的类型去生成具体的类或函数，后者是在编译的过程中由编译器来决定使用什么类型来实例化一个模板不管是显示实例化或隐式实例化，最终生成的类或函数完全是按照模板的定义来实现的
模板具体化：当模板使用某种类型类型实例化后生成的类或函数不能满足需要时，可以考虑对模板进行具体化。具体化时可以修改原模板的定义，当使用该类型时，按照具体化后的定义实现，具体化相当于对某种类型进行特殊处理。
代码示例：

#include <iostream>  
using namespace std;  
// #1 模板定义  
template<class T>  
struct TemplateStruct  
{  
	TemplateStruct()  
	{  
		cout << sizeof(T) << endl;  
	}  
};  
// #2 模板显示实例化  
template struct TemplateStruct<int>;  
// #3 模板具体化  
template<> struct TemplateStruct<double>  
{  
	TemplateStruct() {  
		cout << "--8--" << endl;  
	}  
};  
int main()  
{  
	TemplateStruct<int> intStruct;  
	TemplateStruct<double> doubleStruct;  
	// #4 模板隐式实例化  
	TemplateStruct<char> llStruct;  
}

运行结果：

4 
--8--  
1

说说类继承时，派生类对不同关键字修饰的基类方法的访问权限

类中的成员可以分为三种类型，分别为public成员、protected成员、public成员。类中可以直接访问自己类的public、protected、private成员，但类对象只能访问自己类的public成员。

public继承：派生类可以访问基类的public、protected成员，不可以访问基类的private成员；
派生类对象可以访问基类的public成员，不可以访问基类的protected、private成员
protected继承：派生类可以访问基类的public、protected成员，不可以访问基类的private成员；
派生类对象不可以访问基类的public、protected、private成员。
private继承：派生类可以访问基类的public、protected成员，不可以访问基类的private成员；
派生类对象不可以访问基类的public、protected、private成员

简述一下移动构造函数，什么库用到了这个函数？

C++11中新增了移动构造函数。与拷贝类似，移动也使用一个对象的值设置另一个对象的值。但是，又与拷贝不同的是，移动实现的是对象值真实的转移（源对象到目的对象）：源对象将丢失其内容，其内容将被目的对象占有。移动操作的发生的时候，是当移动值的对象是未命名的对象的时候。这里未命名的对象就是那些临时变量，甚至都不会有名称。典型的未命名对象就是函数的返回值或者类型转换的对象。使用临时对象的值初始化另一个对象值，不会要求对对象的复制：因为临时对象不会有其它使用，因而，它的值可以被移动到目的对象。做到这些，就要使用移动构造函数和移动赋值：当使用一个临时变量对对象进行构造初始化的时候，调用移动构造函数。类似的，使用未命名的变量的值赋给一个对象时，调用移动赋值操作。

移动操作的概念对对象管理它们使用的存储空间很有用的，诸如对象使用new和delete分配内存的时候。在这类对象中，拷贝和移动是不同的操作：从A拷贝到B意味着，B分配了新内存，A的整个内容被拷贝到为B分配的新内存上。
而从A移动到B意味着分配给A的内存转移给了B，没有分配新的内存，它仅仅包含简单地拷贝指针。
看下面的例子：

// 移动构造函数和赋值  
#include <iostream>  
#include <string>  
using namespace std;  
class Example6 {  
	string* ptr;  
public:  
	Example6 (const string& str) : ptr(new string(str)) {}  
	~Example6 () {delete ptr;}  
	// 移动构造函数，参数x不能是const Pointer&& x，  
	// 因为要改变x的成员数据的值；  
	// C++98不支持，C++0x（C++11）支持  
	Example6 (Example6&& x) : ptr(x.ptr)  
	{  
		x.ptr = nullptr;  
	} 
	// move assignment  
	Example6& operator= (Example6&& x)  
	{  
		delete ptr;  
		ptr = x.ptr;  
		x.ptr=nullptr;  
		return *this;  
	} 
	// access content:  
	const string& content() const {return *ptr;}  
	// addition:  
	Example6 operator+(const Example6& rhs)  
	{  
		return Example6(content()+rhs.content());
	}  
};  
int main () {  
	
	Example6 foo("Exam");     // 构造函数
	// Example6 bar = Example6("ple"); // 拷贝构造函数
	Example6 bar(move(foo)); // 移动构造函数  
							// 调用move之后，foo变为一个右值引用变量，
							// 此时，foo所指向的字符串已经被"掏空"，  
							// 所以此时不能再调用foo  
	bar = bar+ bar;         // 移动赋值，在这儿"="号右边的加法操作，  
							// 产生一个临时值，即一个右值  
							// 所以此时调用移动赋值语句  
	cout << "foo's content: " << foo.content() << '\n';  
	return 0;  
}

执行结果：

foo's content: Example

请你回答一下 C++ 类内可以定义引用数据成员吗

c++类内可以定义引用成员变量，但要遵循以下三个规则：

不能用默认构造函数初始化，必须提供构造函数来初始化引用成员变量。否则会造成引用未初始化错误。
构造函数的形参也必须是引用类型。
不能在构造函数里初始化，必须在初始化列表中进行初始化

构造函数为什么不能被声明为虚函数

从存储空间角度：虚函数对应一个vtale,这个表的地址是存储在对象的内存空间的。如果将构造函数设置为虚函数，就需要到vtable 中调用，可是对象还没有实例化，没有内存空间分配，如何调用。（悖论）
从使用角度：虚函数主要用于在信息不全的情况下，能使重载的函数得到对应的调用。构造函数本身就是要初始化实例，那使用虚函数也没有实际意义呀。所以构造函数没有必要是虚函数。虚函数的作用在于通过父类的指针或者引用来调用它的时候能够变成调用子类的那个成员函数。而构造函数是在创建对象时自动调用的，不可能通过父类的指针或者引用去调用，因此也就规定构造函数不能是虚函数。
从实现上看，vbtl 在构造函数调用后才建立，因而构造函数不可能成为虚函数。从实际含义上看，在调用构造函数时还不能确定对象的真实类型（因为子类会调父类的构造函数）；而且构造函数的作用是提供初始化，在对象生命期只执行一次，不是对象的动态行为，也没有太大的必要成为虚函数

简述一下什么是常函数，有什么作用

类的成员函数后面加 const，表明这个函数不会对这个类对象的数据成员（准确地说是非静态数据成员）作任何改变。在设计类的时候，一个原则就是对于不改变数据成员的成员函数都要在后面加const，而对于改变数据成员的成员函数不能加 const。所以 const 关键字对成员函数的行为作了更明确的限定：有 const 修饰的成员函数（指 const 放在函数参数表的后面，而不是在函数前面或者参数表内），只能读取数据成员，不能改变数据成员；没有 const 修饰的成员函数，对数据成员则是可读可写的。除此之外，在类的成员函数后面加 const 还有什么好处呢？那就是常量（即 const）对象可以调用const 成员函数，而不能调用非const修饰的函数。正如非const类型的数据可以给const类型的变量赋值一样，反之则不成立。

#include<iostream>  
using namespace std;  
class CStu  
{ 
public:  
	int a;  
	CStu()  
	{  
		a = 12;  
	} 
	void Show() const  
	{  
		//a = 13; //常函数不能修改数据成员  
		cout <<a << "I am show()" << endl;  
	}  
};  
int main()  
{  
	CStu st;  
	st.Show();  
	system("pause");  
	return 0;  
}

说说什么是虚继承，解决什么问题，如何实现

虚继承是解决C++多重继承问题的一种手段，从不同途径继承来的同一基类，会在子类中存在多份拷贝。这将存在两个问题：其一，浪费存储空间；第二，存在二义性问题，通常可以将派生类对象的地址赋值给基类对象，实现的具体方式是，将基类指针指向继承类（继承类有基类的拷贝）中的基类对象的地址，但是多重继承可能存在一个基类的多份拷贝，这就出现了二义性。虚继承可以解决多种继承前面提到的两个问题

#include<iostream>  
using namespace std;  
class A{  
public:  
	int _a;  
};  
class B :virtual public A  
{ 
public:
	int _b;  
};  
class C :virtual public A  
{ 
public:  
	int _c;  
};  
class D :public B, public C  
{ 
public:  
	int _d;  
};  
//菱形继承和菱形虚继承的对象模型  
int main()  
{  
	D d;  
	d.B::_a = 1;  
	d.C::_a = 2;  
	d._b = 3;  
	d._c = 4;  
	d._d = 5;  
	cout << sizeof(D) << endl;  
	return 0;  
}

分别从菱形继承和虚继承来分析：
![[Pasted image 20250322210039.png]]

菱形继承中A在B,C,D,中各有一份，虚继承中，A共享。
上面的虚继承表实际上是一个指针数组。B、C实际上是虚基表指针，指向虚基表。
虚基表：存放相对偏移量，用来找虚基类

简述一下虚函数和纯虚函数，以及实现原理

C++中的虚函数的作用主要是实现了多态的机制。关于多态，简而言之就是用父类型的指针指向其子类的实例，然后通过父类的指针调用实际子类的成员函数。这种技术可以让父类的指针有“多种形态”，这是一种泛型技术。如果调用非虚函数，则无论实际对象是什么类型，都执行基类类型所定义的函数。非虚函数总是在编译时根据调用该函数的对象，引用或指针的类型而确定。如果调用虚函数，则直到运行时才能确定调用哪个函数，运行的虚函数是引用所绑定或指针所指向的对象所属类型定义的版本。虚函数必须是基类的非静态成员函数。虚函数的作用是实现动态联编，也就是在程序的运行阶段动态地选择合适的成员函数，在定义了虚函数后，可以在基类的派生类中对虚函数重新定义，在派生类中重新定义的函数应与虚函数具有相同的形参个数和形参类型。以实现统一的接口，不同定义过程。如果在派生类中没有对虚函数重新定义，则它继承其基类的虚函数。

class Person{  
public:  
	//虚函数  
	virtual void GetName(){  
		cout<<"PersonName:xiaosi"<<endl;  
	};  
};  
class Student:public Person{  
	public:  
		void GetName(){  
			cout<<"StudentName:xiaosi"<<endl;  
	};  
};  
int main(){  
	//指针  
	Person *person = new Student();  
	//基类调用子类的函数  
	person->GetName();//StudentName:xiaosi  
}

虚函数（Virtual Function）是通过一张虚函数表（Virtual Table）来实现的。简称为V-Table。在这个表中，主是要一个类的虚函数的地址表，这张表解决了继承、覆盖的问题，保证其容真实反应实际的函数。这样，在有虚函数的类的实例中这个表被分配在了这个实例的内存中，所以，当我们用父类的指针来操作一个子类的时候，这张虚函数表就显得由为重要了，它就像一个地图一样，指明了实际所应该调用的函数。
2. 纯虚函数是在基类中声明的虚函数，它在基类中没有定义，但要求任何派生类都要定义自己的实现方法。在基类中实现纯虚函数的方法是在函数原型后加“=0” virtualvoid GetName() =0。在很多情况下，基类本身生成对象是不合情理的。例如，动物作为一个基类可以派生出老虎、孔雀等子类，但动物本身生成对象明显不合常理。为了解决上述问题，将函数定义为纯虚函数，则编译器要求在派生类中必须予以重写以实现多态性。同时含有纯虚拟函数的类称为抽象类，它不能生成对象。这样就很好地解决了上述两个问题。将函数定义为纯虚函数能够说明，该函数为后代类型提供了可以覆盖的接口，但是这个类中的函数绝不会调用。声明了纯虚函数的类是一个抽象类。所以，用户不能创建类的实例，只能创建它的派生类的实例。必须在继承类中重新声明函数（不要后面的＝0）否则该派生类也不能实例化，而且它们在抽象类中往往没有定义。定义纯虚函数的目的在于，使派生类仅仅只是继承函数的接口。纯虚函数的意义，让所有的类对象（主要是派生类对象）都可以执行纯虚函数的动作，但类无法为纯虚函数提供一个合理的缺省实现。所以类纯虚函数的声明就是在告诉子类的设计者，“你必须提供一个纯虚函数的实现，但我不知道你会怎样实现它”。

//抽象类  
class Person{  
	public:  
		//纯虚函数  
		virtual void GetName()=0;  
};  
class Student:public Person{  
	public:  
		Student(){  
		};  
		void GetName(){
			cout<<"StudentName:xiaosi"<<endl;  
	};  
};  
int main(){  
	Student student;  
}

说说纯虚函数能实例化吗，为什么？派生类要实现吗，为什么

参考回答

纯虚函数不可以实例化，但是可以用其派生类实例化，示例如下

class Base  
{ 
public:  
	virtual void func() = 0;  
};

#include<iostream>  
using namespace std;  
class Base  
{  
public:  
	virtual void func() = 0;  
};  
class Derived :public Base  
{  
public:  
	void func() override  
	{  
	cout << "哈哈" << endl;  
	}  
};  
int main()  
{  
	Base *b = new Derived();  
	b->func();  
	return 0;  
}

虚函数的原理采用 vtable。类中含有纯虚函数时，其vtable 不完全，有个空位。
即“纯虚函数在类的vftable表中对应的表项被赋值为0。也就是指向一个不存在的函数。由于编译器绝对不允许有调用一个不存在的函数的可能，所以该类不能生成对象。在它的派生类中，除非重写此函数，否则也不能生成对象。”
所以纯虚函数不能实例化。
纯虚函数是在基类中声明的虚函数，它要求任何派生类都要定义自己的实现方法，以实现多态性。
定义纯虚函数是为了实现一个接口，用来规范派生类的行为，也即规范继承这个类的程序员必须实现这个函数。派生类仅仅只是继承函数的接口。纯虚函数的意义在于，让所有的类对象（主要是派生类对象）都可以执行纯虚函数的动作，但基类无法为纯虚函数提供一个合理的缺省实现。所以类纯虚函数的声明就是在告诉子类的设计者，“你必须提供一个纯虚函数的实现，但我不知道你会怎样实现它”。

说说C++中虚函数与纯虚函数的区别

参考回答

虚函数和纯虚函数可以定义在同一个类中，含有纯虚函数的类被称为抽象类，而只含有虚函数的类不能被称为抽象类。
虚函数可以被直接使用，也可以被子类重载以后，以多态的形式调用，而纯虚函数必须在子类中实现该函数才可以使用，因为纯虚函数在基类有声明而没有定义。
虚函数和纯虚函数都可以在子类中被重载，以多态的形式被调用。
虚函数和纯虚函数通常存在于抽象基类之中，被继承的子类重载，目的是提供一个统一的接口。
虚函数的定义形式： virtual{} ;纯虚函数的定义形式： virtual { } = 0 ;在虚函数和纯虚函数的定义中不能有static标识符，原因很简单，被static修饰的函数在编译时要求前期绑定,然而虚函数却是动态绑定，而且被两者修饰的函数生命周期也不一样。

答案解析

我们举个虚函数的例子：

class A  
{ 
public:  
	virtual void foo()  
	{  
		cout<<"A::foo() is called"<<endl;  
	}  
};  
class B:public A  
{ 
public:  
	void foo()  
	{  
		cout<<"B::foo() is called"<<endl;  
	}  
};  
int main(void)  
{  
	A *a = new B();  
	a->foo();    // 在这里，a虽然是指向A的指针，但是被调用的函数(foo)却是B的
	return 0;
}

这个例子是虚函数的一个典型应用，通过这个例子，也许你就对虚函数有了一些概念。它虚就虚在所谓“推迟联编”或者“动态联编”上，一个类函数的调用并不是在编译时刻被确定的，而是在运行时刻被确定的。由于编写代码的时候并不能确定被调用的是基类的函数还是哪个派生类的函数，所以被成为“虚”函数。
虚函数只能借助于指针或者引用来达到多态的效果
2. 纯虚函数是在基类中声明的虚函数，它在基类中没有定义，但要求任何派生类都要定义自己的实现方法。在基类中实现纯虚函数的方法是在函数原型后加“=0”
virtual void funtion1()=0
为了方便使用多态特性，我们常常需要在基类中定义虚拟函数。
在很多情况下，基类本身生成对象是不合情理的。例如，动物作为一个基类可以派生出老虎、孔雀等子类，但动物本身生成对象明显不合常理。
为了解决上述问题，引入了纯虚函数的概念，将函数定义为纯虚函数（方法：
virtual ReturnType Function()= 0;），则编译器要求在派生类中必须予以重写以实现多态性。同时含有纯虚拟函数的类称为抽象类，它不能生成对象。这样就很好地解决了上述两个问题。
声明了纯虚函数的类是一个抽象类。所以，用户不能创建类的实例，只能创建它的派生类的实例。
纯虚函数最显著的特征是：它们必须在继承类中重新声明函数（不要后面的＝0，否则该派生类也不能实例化），而且它们在抽象类中往往没有定义。
定义纯虚函数的目的在于，使派生类仅仅只是继承函数的接口。
纯虚函数的意义，让所有的类对象（主要是派生类对象）都可以执行纯虚函数的动作，但类无法为纯虚函数提供一个合理的缺省实现。所以类纯虚函数的声明就是在告诉子类的设计者，“你必须提供一个纯虚函数的实现，但我不知道你会怎样实现它”

说说 C++ 中什么是菱形继承问题，如何解决

![[Pasted image 20250322213859.png]]

假设我们有类B和类C，它们都继承了相同的类A。另外我们还有类D，类D通过多重继承机制继承了类B和类C。因为上述图表的形状类似于菱形，因此这个问题被形象地称为菱形继承问题。现在，我们将上面的图表翻译成具体的代码

/*  
*Animal类对应于图表的类A*  
*/  

class Animal { /* ... */  <br>{|}; // 基类
	int weight;  
public:  
	int getWeight() { return weight; }  
};  

class Tiger : public Animal { /* ... */ };  
class Lion : public Animal { /* ... */ }  
class Liger : public Tiger, public Lion { /* ... */ }

在上面的代码中，我们给出了一个具体的菱形继承问题例子。Animal类对应于最顶层类（图表中的A），Tiger和Lion分别对应于图表的B和C，Liger类（狮虎兽，即老虎和狮子的杂交种)对应于D。
现在，问题是如果我们有这种继承结构会出现什么样的问题。
看看下面的代码后再来回答问题吧。

int main( )  
{  
	Liger lg;  
	/*编译错误，下面的代码不会被任何C++编译器通过 */  
	int weight = lg.getWeight();  
}

在我们的继承结构中，我们可以看出Tiger和Lion类都继承自Animal基类。所以问题是：因为Liger多重继承了Tiger和Lion类，因此Liger类会有两份Animal类的成员（数据和方法），Liger对象"lg"会包含Animal基类的两个子对象。
所以，你会问Liger对象有两个Animal基类的子对象会出现什么问题？再看看上面的代码-调用"lg.getWeight()"将会导致一个编译错误。这是因为编译器并不知道是调用Tiger类的getWeight()还是调用Lion类的getWeight()。所以，调用getWeight方法是不明确的，因此不能通过编译。
2. 我们给出了菱形继承问题的解释，但是现在我们要给出一个菱形继承问题的解决方案。如果Lion类和Tiger类在分别继承Animal类时都用virtual来标注，对于每一个Liger对象，C++会保证只有一个Animal类的子对象会被创建。看看下面的代码

class Tiger : virtual public Animal { /* ... */ };  
class Lion : virtual public Animal { /* ... */ };

你可以看出唯一的变化就是我们在类Tiger和类Lion的声明中增加了"virtual"关键字。现在类Liger对象将会只有一个Animal子对象，下面的代码编译正常:

int main( )  
{  
	Liger lg;  
	/*既然我们已经在Tiger和Lion类的定义中声明了"virtual"关键字，于是下面的代码编译OK  
	*/  
	int weight = lg.getWeight();  
}