常用知识点

一、C++

1. 多态与虚函数

1.1 什么是多态？

同一函数名却有多种状态，即一个接口有多种不同行为。

1.2 如何实现？

• 编译时多态
  静态联编，通过 重载 和 模板 来实现。
  • 模板：在编译期间，编译器推断出模板参数，因此确定调用的是哪个具体类型的接口。
  • 重载：在编译之前就知道用哪个函数，即在一个类中有相同的函数名，重载函数的参数列表不同（参数个数，参数类型 或 参数顺序 三者中必须有一个不同）；函数的返回类型可以相同也可以不相同，仅仅返回类型不同不足以成为函数的重载。
• 运行时多态
  动态联编，通过继承和虚函数来实现，也叫重写。

1.3 两种的优缺点？

运行期多态优点：OO设计中重要的特性，对客观世界直觉认识。
运行期多态缺点：

• 运行期间进行虚函数绑定，提高了程序运行开销；
• 虚表指针增大了对象体积，类也多了一张虚函数表。

编译期多态优点：在编译器完成多态，提高运行期效率
编译期多态缺点：无法实现模板的分离编译，当工程很大时，编译时间不可小觑。

1.4 虚函数的实现机制？虚表内存位置？

• 虚函数是通过虚函数表和虚指针来实现，通过索引在表中定位函数地址。
• 在有虚函数的类对象中，它内存空间的头部会有一个虚指针，指向要管理的虚函数表，而虚函数表包含了一个类(所有)的虚函数的地址。
• 当子类对象对父类虚函数进行重写的时候，虚函数表中相应虚函数地址会被从父类的改成子类的虚函数地址；而当我们用一个父类的指针来操作子类对象的时候，它就可以指明实际所调用的函数。
• 虚表存在全局静态区，而 Linux/Unix 是生成的可执行文件的可读数据区中。

1.5 虚函数调用是在编译时确定还是运行时确定的？如何确定调用哪个函数？

• 只有通过指针或者引用的方式调用虚函数是运行时确定，通过值调用的虚函数是编译期就可以确定。
• 通过查找虚函数表中的函数地址确定。

1.6 虚函数是存在类中还是类对象中？

存在类中，不同的类对象共享一张虚函数表(为了节省内存空间)

1.7 在(基类的)构造函数和析构函数中调用虚函数会怎么样？

• 构造函数不能为虚函数（构造顺序：父类->成员类->自身）
  • 从存储空间角度，虚函数的调用需要虚函数表(vptr)指针，而该指针存放在对象的内存空间中，在构造函数中进行初始化工作，即初始化vptr，让它指向正确的虚函数表。所以需要调用构造函数才可以创建或初始化它的值，否则即使开辟了空间，该指针也为随机值；若构造函数声明为虚函数，那么由于对象还未创建，还没有内存空间，更没有虚函数表地址用来调用虚构造函数了。
  • 从多态角度，构造一个对象的时候，必须知道对象的实际类型；而虚函数主要是实现多态，在运行时才可以明确调用对象，根据传入的对象类型来调用函数。在调用构造函数时，由于对象还未构造成功。编译器无法知道对象的实际类型，是该类本身，还是该类的一个派生类，或是更深层次的派生类。并且构造函数的作用是提供初始化，在对象生命期仅仅运行一次，不是对象的动态行为，没有必要成为虚函数。
• 析构函数可以为虚函数（析构顺序：自身->成员类->父类）
  当以基类为指针变量创建子类时，如果析构函数不是虚函数，根据析构顺序，只有基类会被释放，子类并没有释放，存在内存泄漏的隐患。

1.8 C语言可以实现虚函数机制吗，如何实现？

• 手动构造父子关系、创建虚函数表、设置虚表指针并指向虚函数表、填充虚函数表。
• 当虚函数重写的时候还需要手动修改函数指针