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图解版

面向对象

多态的类型：静态类型和动态类型，静态绑定和动态绑定

静态类型：对象在声明时采用的类型，在编译期既已确定，不能更改；

动态类型：通常是指一个指针或引用目前所指对象的类型，是在运行期决定的，可以更改；

静态绑定：绑定的是静态类型，所对应的函数或属性依赖于对象的静态类型，发生在编译期；

动态绑定：绑定的是动态类型，所对应的函数或属性依赖于对象的动态类型，发生在运行期；

在继承体系中只有虚函数使用的是动态绑定，其他的全部是静态绑定；

C++的多态如何实现

C++的多态性，一言以蔽之就是：

在基类的函数前加上virtual关键字，在派生类中重写该函数，运行时将会根据所指对象的实际类型来调用相应的函数，如果对象类型是派生类，就调用派生类的函数，如果对象类型是基类，就调用基类的函数。

那么为什么会出现多态性，其底层的原理是什么？这里需要引出虚表和虚基表指针的概念。

虚表：虚函数表的缩写，类中含有virtual关键字修饰的方法时，编译器会自动生成虚表

虚表指针：在含有虚函数的类实例化对象时，对象地址的前四个字节存储的指向虚表的指针

（1）编译器在发现基类中有虚函数时，会自动为每个含有虚函数的类生成一份虚表，该表是一个一维数组，虚表里保存了虚函数的入口地址 。

（2）编译器会在每个对象的前四个字节中保存一个虚表指针，即vptr，指向对象所属类的虚表。在构造时，根据对象的类型去初始化虚指针vptr，从而让vptr指向正确的虚表，从而在调用虚函数时，能找到正确的函数。

（3）所谓的合适时机，在派生类定义对象时，程序运行会自动调用构造函数，在构造函数中创建虚表并对虚表初始化。在构造子类对象时，会先调用父类的构造函数，此时，编译器只“看到了”父类，并为父类对象初始化虚表指针，令它指向父类的虚表；当调用子类的构造函数时，为子类对象初始化虚表指针，令它指向子类的虚表

（4）当派生类对基类的虚函数没有重写时，派生类的虚表指针指向的是基类的虚表；当派生类对基类的虚函数重写时，派生类的虚表指针指向的是自身的虚表；当派生类中有自己的虚函数时，在自己的虚表中将此虚函数地址添加在后面这样指向派生类的基类指针在运行时，就可以根据派生类对虚函数重写情况动态的进行调用，从而实现多态性。

什么是纯虚函数，与虚函数的区别

虚函数和纯虚函数区别？

• 虚函数是为了实现动态编联产生的，目的是通过基类类型的指针指向不同对象时，自动调用相应的、和基类同名的函数（使用同一种调用形式，既能调用派生类又能调用基类的同名函数）。虚函数需要在基类中加上virtual修饰符修饰，因为virtual会被隐式继承，所以子类中相同函数都是虚函数。当一个成员函数被声明为虚函数之后，其派生类中同名函数自动成为虚函数，在派生类中重新定义此函数时要求函数名、返回值类型、参数个数和类型全部与基类函数相同。
• 纯虚函数只是相当于一个接口名，但含有纯虚函数的类不能够实例化。

纯虚函数首先是虚函数，其次它没有函数体，取而代之的是用“=0”。

既然是虚函数，它的函数指针会被存在虚函数表中，由于纯虚函数并没有具体的函数体，因此它在虚函数表中的值就为0，而具有函数体的虚函数则是函数的具体地址。

一个类中如果有纯虚函数的话，称其为抽象类。抽象类不能用于实例化对象，否则会报错。抽象类一般用于定义一些公有的方法。子类继承抽象类也必须实现其中的纯虚函数才能实例化对象。

基类的虚函数表存放在内存的什么区，虚表指针vptr的初始化时间

首先整理一下虚函数表的特征：

• 虚函数表是全局共享的元素，即全局仅有一个，在编译时就构造完成
• 虚函数表类似一个数组，类对象中存储vptr指针，指向虚函数表，即虚函数表不是函数，不是程序代码，不可能存储在代码段
• 虚函数表存储虚函数的地址,即虚函数表的元素是指向类成员函数的指针,而类中虚函数的个数在编译时期可以确定，即虚函数表的大小可以确定,即大小是在编译时期确定的，不必动态分配内存空间存储虚函数表，所以不在堆中

由于虚表指针vptr跟虚函数密不可分，对于有虚函数或者继承于拥有虚函数的基类，对该类进行实例化时，在构造函数执行时会对虚表指针进行初始化，并且存在对象内存布局的最前面。

C++中虚函数表位于只读数据段（.rodata），也就是C++内存模型中的常量区；而虚函数则位于代码段 （.text），也就是C++内存模型中的代码区。

虚函数表指针

• 多继承情况下可能有多个指针
• 放在什么位置：看实例化的对象创建在什么地方，如果在栈上虚表指针就在栈上，对象在堆上创建就在堆上，在具体对象的头部或尾部

哪些函数不能是虚函数？把你知道的都说一说

1) 构造函数，构造函数初始化对象，派生类必须知道基类函数干了什么，才能进行构造；当有虚函数时，每一个类有一个虚表，每一个对象有一个虚表指针，虚表指针在构造函数中初始化；

2) 内联函数，内联函数表示在编译阶段进行函数体的替换操作，而虚函数意味着在运行期间进行类型确定，所以内联函数不能是虚函数；

3) 静态函数，静态函数不属于对象属于类，静态成员函数没有this指针，因此静态函数设置为虚函数没有任何意义。

4) 友元函数，友元函数不属于类的成员函数，不能被继承。对于没有继承特性的函数没有虚函数的说法。

5) 普通函数，普通函数不属于类的成员函数，不具有继承特性，因此普通函数没有虚函数。

为什么析构函数一般写成虚函数

1) C++中基类采用virtual虚析构函数是为了防止内存泄漏。

具体地说，如果派生类中申请了内存空间，并在其析构函数中对这些内存空间进行释放。

假设基类中采用的是非虚析构函数，当删除基类指针指向的派生类对象时就不会触发动态绑定，因而只会调用基类的析构函数，而不会调用派生类的析构函数。那么在这种情况下，派生类中申请的空间就得不到释放从而产生内存泄漏。所以，为了防止这种情况的发生，C++中基类的析构函数应采用virtual虚析构函数。

由于类的多态性，基类指针可以指向派生类的对象，如果删除该基类的指针，就会调用该指针指向的派生类析构函数，而派生类的析构函数又自动调用基类的析构函数，这样整个派生类的对象完全被释放。

所以将析构函数声明为虚函数是十分必要的。在实现多态时，当用基类操作派生类，在析构时防止只析构基类而不析构派生类的状况发生，要将基类的析构函数声明为虚函数。

构造函数能否声明为虚函数或者纯虚函数，析构函数呢？

析构函数：

• 析构函数可以为虚函数，并且一般情况下基类析构函数要定义为虚函数。
• 只有在基类析构函数定义为虚函数时，调用操作符delete销毁指向对象的基类指针时，才能准确调用 派生类的析构函数（从该级向上按序调用虚函数），才能准确销毁数据。
• 析构函数可以是纯虚函数，含有纯虚函数的类是抽象类，此时不能被实例化。但派生类中可以根据自身需求重新改写基类中的纯虚函数。

构造函数：

• 构造函数不能定义为虚函数。在构造函数中可以调用虚函数，不过此时调用的是正在构造的类中的虚函数，而不是子类的虚函数，因为此时子类尚未构造好。
• 虚函数对应一个vtable(虚函数表)，类中存储一个vptr指向这个vtable。如果构造函数是虚函数，就需要通过vtable调用，可是对象没有初始化就没有vptr，无法找到vtable，所以构造函数不能是虚函数。

构造函数和析构函数可以调用虚函数吗，为什么

1) 在C++中，提倡不在构造函数和析构函数中调用虚函数；

2) 构造函数和析构函数调用虚函数时都不使用动态联编，如果在构造函数或析构函数中调用虚函数，则运行的是为构造函数或析构函数自身类型定义的版本；

3) 因为父类对象会在子类之前进行构造，此时子类部分的数据成员还未初始化，因此调用子类的虚函数时不安全的，故而C++不会进行动态联编；

4) 析构函数是用来销毁一个对象的，在销毁一个对象时，先调用子类的析构函数，然后再调用基类的析构函数。所以在调用基类的析构函数时，派生类对象的数据成员已经销毁，这个时候再调用子类的虚函数没有任何意义。

静态函数能定义为虚函数吗？常函数呢？说说你的理解

1、static成员不属于任何类对象或类实例，所以即使给此函数加上virutal也是没有任何意义的。

2、静态与非静态成员函数之间有一个主要的区别，那就是静态成员函数没有this指针。虚函数依靠vptr和vtable来处理。vptr是一个指针，在类的构造函数中创建生成，并且只能用this指针来访问它，因为它是类的一个成员，并且vptr指向保存虚函数地址的vtable.对于静态成员函数，它没有this指针，所以无法访问vptr。

这就是为何static函数不能为virtual，虚函数的调用关系：this -> vptr -> vtable ->virtual function。

虚函数的开销

虚函数调用性能的背后原因是流水线和分支预测，由于虚函数调用需要间接跳转，所以会导致虚函数调用比普通函数调用多了分支预测的过程，产生性能差距的原因主要是分支预测失败导致的流水线冲刷性能开销。我们可以发现对于直接调用而言，是不存在分支跳转的，因为跳转地址是编译器确定的，CPU直接去跳转地址取后面的指令即可，不存在分支预测，这样可以保证CPU流水线不被打断。而对于间接寻址，由于跳转地址不确定，所以此处会有多个分支可能，这个时候需要分支预测器进行预测，如果分支预测失败，则会导致流水线冲刷，重新进行取指、译码等操作，对程序性能有很大的影响。

构造函数、析构函数、虚函数可否声明为内联函数

首先，将这些函数声明为内联函数，在语法上没有错误。因为inline同register一样，只是个建议，编译器并不一定真正的内联。

将构造函数和析构函数声明为inline是没有什么意义的，即编译器并不真正对声明为inline的构造和析构函数进行内联操作，因为编译器会在构造和析构函数中添加额外的操作（申请/释放内存，构造/析构对象等），致使构造函数/析构函数并不像看上去的那么精简。其次，class中的函数默认是inline型的，编译器也只是有选择性的inline，将构造函数和析构函数声明为内联函数是没有什么意义的。

将虚函数声明为inline，要分情况讨论

有的人认为虚函数被声明为inline，但是编译器并没有对其内联，他们给出的理由是inline是编译期决定的，而虚函数是运行期决定的，即在不知道将要调用哪个函数的情况下，如何将函数内联呢？

上述观点看似正确，其实不然，如果虚函数在编译器就能够决定将要调用哪个函数时，就能够内联，那么什么情况下编译器可以确定要调用哪个函数呢，答案是当用对象调用虚函数（此时不具有多态性）时，就内联展开 。

综上，当是指向派生类的指针（多态性）调用声明为inline的虚函数时，不会内联展开；当是对象本身调

用虚函数时，会内联展开，当然前提依然是函数并不复杂的情况下。

构造函数析构函数可否抛出异常

1) C++只会析构已经完成的对象，对象只有在其构造函数执行完毕才算是完全构造妥当。在构造函数中发生异常，控制权转出构造函数之外。

因此，在对象b的构造函数中发生异常，对象b的析构函数不会被调用。因此会造成内存泄漏。

2) 如果控制权基于异常的因素离开析构函数，而此时正有另一个异常处于作用状态，C++会调用terminate函数让程序结束；

3) 如果异常从析构函数抛出，而且没有在当地进行捕捉，那个析构函数便是执行不全的。如果析构函数执行不全，就是没有完成他应该执行的每一件事情。

析构函数的作用，如何起作用？

1) 构造函数只是起初始化值的作用，但实例化一个对象的时候，可以通过实例去传递参数，从主函数传递到其他的函数里面，这样就使其他的函数里面有值了。

规则，只要你一实例化对象，系统自动回调用一个构造函数就是你不写，编译器也自动调用一次。

2) 析构函数与构造函数的作用相反，用于撤销对象的一些特殊任务处理，可以是释放对象分配的内存空间；特点：析构函数与构造函数同名，但该函数前面加~。

析构函数没有参数，也没有返回值，而且不能重载，在一个类中只能有一个析构函数。 当撤销对象时，编译器也会自动调用析构函数。

每一个类必须有一个析构函数，用户可以自定义析构函数，也可以是编译器自动生成默认的析构函数。一般析构函数定义为类的公有成员。

类什么时候会析构？

1) 对象生命周期结束，被销毁时；

2) delete指向对象的指针时，或delete指向对象的基类类型指针，而其基类虚构函数是虚函数时；

3) 对象i是对象o的成员，o的析构函数被调用时，对象i的析构函数也被调用。

构造函数、析构函数的执行顺序？构造函数和拷贝构造的内部都干了啥？

1) 构造函数顺序

①基类构造函数。如果有多个基类，则构造函数的调用顺序是某类在类派生表中出现的顺序，而不是它们在成员初始化表中的顺序。

②成员类对象构造函数。如果有多个成员类对象则构造函数的调用顺序是对象在类中被声明的顺序，而不是它们出现在成员初始化表中的顺序。

③派生类构造函数。

2) 析构函数顺序

①调用派生类的析构函数；

②调用成员类对象的析构函数；

③调用基类的析构函数。

构造函数的几种关键字

default

default关键字可以显式要求编译器生成合成构造函数，防止在调用时相关构造函数类型没有定义而报错

delete

delete关键字可以删除构造函数、赋值运算符函数等，这样在使用的时候会得到友善的提示

构造函数、拷贝构造函数和赋值操作符的区别

构造函数

对象不存在，没用别的对象初始化，在创建一个新的对象时调用构造函数

拷贝构造函数

对象不存在，但是使用别的已经存在的对象来进行初始化

赋值运算符

对象存在，用别的对象给它赋值，这属于重载“=”号运算符的范畴，“=”号两侧的对象都是已存在的

C++有哪几种的构造函数

C++中的构造函数可以分为4类：

• 默认构造函数
• 初始化构造函数（有参数）
• 拷贝构造函数
• 移动构造函数（move和右值引用）
• 委托构造函数
• 转换构造函数

说说移动构造函数

1) 我们用对象a初始化对象b，后对象a我们就不在使用了，但是对象a的空间还在呀（在析构之前），既然拷贝构造函数，实际上就是把a对象的内容复制一份到b中，那么为什么我们不能直接使用a的空间呢？这样就避免了新的空间的分配，大大降低了构造的成本。这就是移动构造函数设计的初衷；

2) 拷贝构造函数中，对于指针，我们一定要采用深层复制，而移动构造函数中，对于指针，我们采用浅层复制。浅层复制之所以危险，是因为两个指针共同指向一片内存空间，若第一个指针将其释放，另一个指针的指向就不合法了。

所以我们只要避免第一个指针释放空间就可以了。避免的方法就是将第一个指针（比如a->value）置为NULL，这样在调用析构函数的时候，由于有判断是否为NULL的语句，所以析构a的时候并不会回收a->value指向的空间；

3) 移动构造函数的参数和拷贝构造函数不同，拷贝构造函数的参数是一个左值引用，但是移动构造函数的初值是一个右值引用。意味着，移动构造函数的参数是一个右值或者将亡值的引用。也就是说，只用用一个右值，或者将亡值初始化另一个对象的时候，才会调用移动构造函数。而那个move语句，就是将一个左值变成一个将亡值。

什么情况会自动生成默认构造函数？

1) 带有默认构造函数的类成员对象，如果一个类没有任何构造函数，但它含有一个成员对象，而后者有默认构造函数，那么编译器就为该类合成出一个默认构造函数。不过这个合成操作只有在构造函数真正被需要的时候才会发生；

如果一个类A含有多个成员类对象的话，那么类A的每一个构造函数必须调用每一个成员对象的默认构造函数而且必须按照类对象在类A中的声明顺序进行；

2) 带有默认构造函数的基类，如果一个没有任务构造函数的派生类派生自一个带有默认构造函数基类，那么该派生类会合成一个构造函数调用上一层基类的默认构造函数；

3) 带有一个虚函数的类

4) 带有一个虚基类的类

5) 合成的默认构造函数中，只有基类子对象和成员类对象会被初始化。所有其他的非静态数据成员都不会被初始化。

什么情况下会调用拷贝构造函数

• 用类的一个实例化对象去初始化另一个对象的时候
• 函数的参数是类的对象时（非引用传递）
• 函数的返回值是函数体内局部对象的类的对象时 ,此时虽然发生（Named return Value优化）NRV优化，但是由于返回方式是值传递，所以会在返回值的地方调用拷贝构造函数

拷贝构造函数和赋值运算符重载的区别？

• 拷贝构造函数是函数，赋值运算符是运算符重载。
• 拷贝构造函数会生成新的类对象，赋值运算符不能。
• 拷贝构造函数是直接构造一个新的类对象，所以在初始化对象前不需要检查源对象和新建对象是否相同；赋值运算符需要上述操作并提供两套不同的复制策略，另外赋值运算符中如果原来的对象有内存分配则需要先把内存释放掉。
• 形参传递是调用拷贝构造函数（调用的被赋值对象的拷贝构造函数），但并不是所有出现"="的地方都是使用赋值运算符

如何禁止程序自动生成拷贝构造函数？

1) 为了阻止编译器默认生成拷贝构造函数和拷贝赋值函数，我们需要手动去重写这两个函数，某些情况下，为了避免调用拷贝构造函数和拷贝赋值函数，我们需要将他们设置成private，防止被调用。

2) 类的成员函数和friend函数还是可以调用private函数，如果这个private函数只声明不定义，则会产生一个连接错误；

3) 针对上述两种情况，我们可以定一个base类，在base类中将拷贝构造函数和拷贝赋值函数设置成private,那么派生类中编译器将不会自动生成这两个函数，且由于base类中该函数是私有的，因此，派生类将阻止编译器执行相关的操作。

为什么拷贝构造函数必须传引用不能传值？

拷贝构造函数使用值传递会产生无限递归调用，内存溢出。

1) 拷贝构造函数的作用就是用来复制对象的，在使用这个对象的实例来初始化这个对象的一个新的实例。

2) 参数传递过程到底发生了什么？

将地址传递和值传递统一起来，归根结底还是传递的是"值"(地址也是值，只不过通过它可以找到另一个值)！

值传递:

对于内置数据类型的传