序言:
在上期,我们对多态进行了详细的讲解。本期,我给大家带来的是关于有关多态常见的笔试和面试问题,帮助大家理解记忆相关知识点。
目录
(一)概念查考
(二)问答题
1、简述一下 C++ 中的多态
2、什么是重载、重写(覆盖)、重定义(隐藏)?
3、C++ 的重载和重写是如何实现的
4、inline函数可以是虚函数吗?
5、静态成员可以是虚函数吗?
6、为什么要虚析构,而不能虚构造?
7、对象访问普通函数快还是虚函数更快?
8、虚函数表里存放的内容是什么时候写进去的?
9、C++ 中哪些函数不能被声明为虚函数?
(一)概念查考
- A: 继承 B: 模板 C: 对象的自身引用 D: 动态绑定
【答案】:D
- A:继承允许我们覆盖重写父类的实现细节,父类的实现对于子类是可见的,是一种静态复 用,也称为白盒复用
- B:组合的对象不需要关心各自的实现细节,之间的关系是在运行时候才确定的,是一种动 态复用,也称为黑盒复用
- C:优先使用继承,而不是组合,是面向对象设计的第二原则
- D:继承可以使子类能自动继承父类的接口,但在设计模式中认为这是一种破坏了父类的封 装性的表现
【答案】:C
在面向对象设计中,并没有规定继承应该优先于组合。事实上,面向对象设计原则中的一个重要原则是「优先使用组合,而不是继承」,也被称为组合优于继承原则
这个原则建议使用组合(或聚合)关系来构建对象之间的关联,而不是过度使用继承。通过组合,可以更灵活地构建对象之间的关系,避免了过度依赖继承关系导致的紧耦合和复杂性增加。
因此,选项C中的说法是错误的。
- A:声明纯虚函数的类不能实例化对象
- B:声明纯虚函数的类是虚基类
- C:子类必须实现基类的纯虚函数
- D:纯虚函数必须是空函数
【答案】:A
纯虚函数是在基类中声明的虚函数,它没有提供默认的实现,而是由派生类来实现。这个函数在基类中被声明为纯虚函数,可以通过在函数声明的末尾使用 "= 0" 来表示。
根据C++语言规范,含有纯虚函数的类被称为抽象类,不能被直接实例化对象。只能通过派生类来创建对象,派生类需要实现基类中的纯虚函数,才能够被实例化。
选项B、C、D的说法是不正确的:
- B:声明纯虚函数的类并不一定是虚基类,虚基类是指在多重继承中被标记为虚继承的类。
- C:子类可以选择是否实现基类的纯虚函数,如果子类不实现基类中的纯虚函数,则它也会成为一个抽象类,不能直接实例化对象。
- D:纯虚函数可以有自己的实现代码,不一定是空函数。只要在基类中将该函数声明为纯虚函数即可。
4.关于虚函数的描述正确的是( )
- A:派生类的虚函数与基类的虚函数具有不同的参数个数和类型
- B:内联函数不能是虚函数
- C:派生类必须重新定义基类的虚函数
- D:虚函数可以是一个static型的函数
【答案】:B
选项A是错误的描述。派生类的虚函数与基类的虚函数具有相同的参数个数和类型。在C++中,虚函数实现了动态绑定,允许基类指针或引用在运行时动态地调用派生类的虚函数。
选项C也是错误的描述。派生类不一定必须重新定义基类的虚函数。如果派生类没有重新定义基类的虚函数,那么它将继承基类的虚函数实现。
选项D也是错误的描述。虚函数不能是一个static型的函数。虚函数通过对象的动态类型来确定调用的函数,而static函数是与类本身相关联的,不涉及对象的特定实例。
因此,正确的描述是 B:内联函数不能是虚函数。
5.关于虚表说法正确的是( )
- A:一个类只能有一张虚表
- B:基类中有虚函数,如果子类中没有重写基类的虚函数,此时子类与基类共用同一张虚表
- C:虚表是在运行期间动态生成的
- D:一个类的不同对象共享该类的虚表
【答案】:D
A:一个类的每个实例都有自己的虚函数表指针(vptr),即每个对象都有一个指向虚函数表的指针。每个类只有一个虚函数表,但每个对象都有自己的vptr,可以指向该类的虚函数表。
B:当派生类继承基类的虚函数并在派生类中没有重写时,子类将共享基类的虚函数表,并且派生类对象的vptr指针将指向基类的虚函数表。
C:虚表是在编译阶段由编译器生成的静态数据结构。编译器根据类的层次结构和虚函数的声明创建虚函数表,并在每个对象的vptr中存储对应的虚函数表。
因此,选项 B、C 和 A 都是错误的。只有选项 D 是正确的,即一个类的不同对象共享该类的虚表。
6.假设A类中有虚函数,B继承自A,B重写A中的虚函数,也没有定义任何虚函数,则( )
- A:A类对象的前4个字节存储虚表地址,B类对象前4个字节不是虚表地址
- B:A类对象和B类对象前4个字节存储的都是虚基表的地址
- C:A类对象和B类对象前4个字节存储的虚表地址相同
- D:A类和B类虚表中虚函数个数相同,但A类和B类使用的不是同一张虚表
【答案】:D
在这种情况下,类A和类B各自会有自己的虚函数表,虽然它们的虚函数个数相同,但它们使用的是不同的虚表。类B继承自类A,当类B重写了类A中的虚函数时,会在类B的虚函数表中将该虚函数替换为类B的实现。因此,类A和类B的虚表中存储的是不同的虚函数的地址。
选项A、B和C均与这种情况不符,因此是错误的。正确选项是D。
7.下面程序输出结果是什么? ()
class A{
public:A(char *s) { cout<<s<<endl; }~A(){}
};
class B:virtual public A
{
public:B(char *s1,char*s2):A(s1) { cout<<s2<<endl; }
};
class C:virtual public A
{
public:C(char *s1,char*s2):A(s1) { cout<<s2<<endl; }
};
class D:public B,public C
{
public:D(char *s1,char *s2,char *s3,char *s4):B(s1,s2),C(s1,s3),A(s1){ cout<<s4<<endl;}
};
int main() {D *p=new D("class A","class B","class C","class D");delete p;return 0;
}
- A:class A class B class C class D
- B:class D class B class C class A
- C:class D class C class B class A
- D:class A class C class B class D
【答案】:A首先,通过创建D类的对象p并传递相应的字符串参数,会触发类的构造函数的调用。因为D类是继承自B和C类,并且B和C类都是虚继承自A类的,所以在创建D对象时,会按照虚继承的顺序先调用A类的构造函数。因此,首先输出 "class A"。
接下来,B类和C类的构造函数会被调用,分别输出 "class B" 和 "class C"。
最后,D类自身的构造函数被调用,输出 "class D"。
在程序结束时,会执行delete操作释放对象p所占用的内存,同时会按照与构造函数相反的顺序调用析构函数,所以会先输出 "class D"、"class C"、"class B"、"class A"。
(二)问答题
1、简述一下 C++ 中的多态
由于 派生类重写基类方法,然后用基类引用指向派生类对象,调用方法时候会进行动态绑定,这就是多态 。
- 1. 静态多态:编译器在编译期间完成的,编译器会根据实参类型来推断该调用哪个函数,如果有对应 的函数,就调用,没有则在编译时报错。
include<iostream>
using namespace std;int Add(int a,int b)//1
{return a+b;
}
char Add(char a,char b)//2
{return a+b;
}
int main()
{cout<<Add(666,888)<<endl;//1cout<<Add('1','2');//2return 0;
}
- 显然,第一条语句会调用函数1,而第二条语句会调用函数2,这绝不是因为函数的声明顺序,不信你可以将顺序调过来试试。
2.动态多态:其实要实现动态多态,需要几个条件——即动态绑定条件:
- 1. 虚函数。基类中必须有虚函数,在派生类中必须重写虚函数。
- 2. 通过基类类型的指针或引用来调用虚函数。
2、什么是重载、重写(覆盖)、重定义(隐藏)?
具体见我上一篇博客:C++ 的重载和重写,以及它们的区别
3、C++ 的重载和重写是如何实现的
- 用virtual关键字申明的函数叫做虚函数,虚函数肯定是类的成员函数。
- 存在虚函数的类都有一个一维的虚函数表叫做虚表,类的对象有一个指向虚表开始的虚指针。
- 虚表是和类对应的,虚表指针是和对象对应的。
- 多态性是一个接口多种实现,是面向对象的核心,分为类的多态性和函数的多态性。
- 重写用虚函数来实现,结合动态绑定。
- 纯虚函数是虚函数再加上 = 0。
- 抽象类是指包括至少一个纯虚函数的类。
4、inline函数可以是虚函数吗?
在C++中,虚函数是用于实现运行时多态性的概念,而虚函数的调用是通过指针或引用来完成的。然而,内联函数(inline function)在编译时被展开,将函数的代码插入到调用处,以减少函数调用的开销。
由于内联函数的展开是在编译时完成的,而虚函数的调用是在运行时动态确定的,因此二者的机制存在冲突。虚函数的调用需要根据对象的实际类型确定调用的函数,而内联函数的展开则需要在编译时就确定函数体的具体代码。
class Base {
public:virtual inline void foo() {cout << "Base::foo()" << endl;}
};class Derived : public Base {
public:inline void foo() override {cout << "Derived::foo()" << endl;}
};int main()
{Base* ptr = new Derived();ptr->foo();delete ptr;return 0;
}
【说明】
- 在这个示例中,我们将基类
Base
中的虚函数foo
声明为内联函数,并在派生类Derived
中进行重写。然后,我们通过基类的指针调用虚函数foo
。 - 尽管我们在虚函数声明中加上了
inline
关键字,但编译器会忽略它,将其视为普通的成员函数。因此,在运行时仍然会根据实际类型进行动态绑定。
- 这表明虚函数
foo
被正确地重写,并且运行时根据实际对象类型进行了动态绑定。
5、静态成员可以是虚函数吗?
静态成员函数不能被声明为虚函数。虚函数的多态性是通过在运行时动态绑定来实现的,而静态成员函数是与类本身相关联的,不依赖于特定的对象,因此无法进行动态绑定。
虚函数依赖于对象的虚表,通过对象的指针或引用来调用虚函数时,会根据对象的实际类型确定要调用的具体函数。而静态成员函数是与类关联,而不是与对象关联的,它可以通过类名直接调用,不依赖于特定的对象。
另外,静态成员函数没有 this 指针,使用类型::成员函数的调用方式无法访问虚函数表,所以静态成员函数无法放进虚函数表。
综上所述,静态成员函数不能被声明为虚函数。
以下是一个示例代码,演示了将静态成员函数声明为虚函数将导致编译错误:
class Base {
public:virtual void foo() {std::cout << "Base::foo()" << std::endl;}static virtual void bar() // 尝试将静态成员函数声明为虚函数{std::cout << "Base::bar()" << std::endl;}
};int main() {Base::bar(); // 直接通过类名调用静态成员函数return 0;
}
上述代码中,我们尝试将静态成员函数bar()
声明为虚函数。如果我们尝试编译这段代码,编译器将给出一个错误。
这个错误告诉我们无法将静态成员函数声明为虚函数。
6、为什么要虚析构,而不能虚构造?
- 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。
代码说明:
class TimeKeeper
{
public:TimeKeeper() {}~TimeKeeper() {} //非virtual的
};
//都继承与TimeKeeper
class AtomicClock :public TimeKeeper{};
class WaterClock :public TimeKeeper {};
class WristWatch :public TimeKeeper {};
TimeKeeper* getTimeKeeper()
{//返回一个指针,指向一个TimeKeeper派生类的动态分配对象
}
TimeKeeper* ptk = getTimeKeeper();delete ptk;
class TimeKeeper
{
public:TimeKeeper() {}virtual ~TimeKeeper() {}
};
- 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。
7、对象访问普通函数快还是虚函数更快?
- 首先如果是普通对象,是一样快的;
- 如果是指针对象或者是引用对象,则调用的普通函数快,因为构成多态,运行时调用虚函数需要到虚函数表中去查找。
8、虚函数表里存放的内容是什么时候写进去的?
- 1. 虚函数表是一个存储虚函数地址的数组,以NULL结尾。虚表(vftable)在编译阶段生成,对象内存空间开辟以后,写入对象中的 vfptr,然后调用构造函数。即:虚表在构造函数之前写入
- 2. 除了在构造函数之前写入之外,我们还需要考虑到虚表的二次写入机制,通过此机制让每个对象的虚表指针都能准确的指向到自己类的虚表,为实现动多态提供支持。
9、C++ 中哪些函数不能被声明为虚函数?
常见的不不能声明为虚函数的有: 普通函数(非成员函数),静态成员函数,内联成员函数,构造函数,友元函数。
- 普通函数(非成员函数)只能被overload,不能被override,声明为虚函数无意义,因此编译器会在编译时绑定函数。
- 因为C++不支持友元函数的继承,对于没有继承特性的函数没有虚函数的说法。
其余的上述我都有讲解。
总结
多态作为笔试重点考察对象,希望大家能够勤加练习,掌握相关的知识。