五、单继承和多继承关系的虚函数表
1.单继承中的虚函数表
class Base { public: virtual void func1() { cout << "Base::func1" << endl; } virtual void func2() { cout << "Base::func2" << endl; } private: int a = 1; }; class Derive :public Base { public: virtual void func1() { cout << "Derive::func1" << endl; } virtual void func3() { cout << "Derive::func3" << endl; } virtual void func4() { cout << "Derive::func4" << endl; } private: int b = 1; }; int main() { Base b; Derive d; return 0; }
1.监视窗口与内存查看
2.使用代码查看
观察下图中的监视窗口中我们发现看不见func3和func4。这里是编译器的监视窗口故意隐藏了这两个函数，也可以认为是他的一个小bug。那么我们如何查看d的虚表呢？下面我们使用代码打印出虚表中的函数。
typedef void(*VFPTR) (); void PrintVTable(VFPTR vTable[]) { // 依次取虚表中的虚函数指针打印并调用。调用就可以看出存的是哪个函数 cout << " 虚表地址>" << vTable << endl; for (int i = 0; vTable[i] != nullptr; ++i) { printf(" 第%d个虚函数地址 :0X%x,->", i, vTable[i]); VFPTR f = vTable[i]; f(); } cout << endl; } int main() { Base b; Derive d; VFPTR* vTableb = (VFPTR*)(*(int*)&b); PrintVTable(vTableb); VFPTR* vTabled = (VFPTR*)(*(int*)&d); PrintVTable(vTabled); return 0; }
思路：取出b、d对象的头4bytes，就是虚表的指针，前面我们说了虚函数表本质是一个存虚函数指针的指针数组，这个数组最后面放了一个nullptr
先取b的地址，强转成一个int*的指针
再解引用取值，就取到了b对象头4bytes的值，这个值就是指向虚表的指针
再强转成VFPTR*，因为虚表就是一个存VFPTR类型(虚函数指针类型)的数组。
虚表指针传递给PrintVTable进行打印虚表
需要说明的是这个打印虚表的代码经常会崩溃，因为编译器有时对虚表的处理不干净，虚表最后面没有放nullptr，导致越界，这是编译器的问题。我们只需要点目录栏的-生成-清理解决方案，再编译就好了。
2.多继承中的虚函数表
class Base1 { public: virtual void func1() { cout << "Base1::func1" << endl; } virtual void func2() { cout << "Base1::func2" << endl; } private: int b1; }; class Base2 { public: virtual void func1() { cout << "Base2::func1" << endl; } virtual void func2() { cout << "Base2::func2" << endl; } private: int b2; }; class Derive : public Base1, public Base2 { public: virtual void func1() { cout << "Derive::func1" << endl; } virtual void func3() { cout << "Derive::func3" << endl; } private: int d1; };
1.监视窗口与内存查看
2.使用代码查看
typedef void(*VFPTR) (); void PrintVTable(VFPTR vTable[]) { cout << " 虚表地址>" << vTable << endl; for (int i = 0; vTable[i] != nullptr; ++i) { printf(" 第%d个虚函数地址 :0X%x,->", i, vTable[i]); VFPTR f = vTable[i]; f(); } cout << endl; } int main() { Derive d; VFPTR* vTableb1 = (VFPTR*)(*(int*)&d); PrintVTable(vTableb1); VFPTR* vTableb2 = (VFPTR*)(*(int*)((char*)&d + sizeof(Base1))); PrintVTable(vTableb2); return 0; }
六、继承和多态习题练习
1.概念考察
1. 下面哪种面向对象的方法可以让你变得富有( A )
A: 继承 B: 封装 C: 多态 D: 抽象
2. ( D )是面向对象程序设计语言中的一种机制。这种机制实现了方法的定义与具体的对象无关，而对方法的 调用则可以关联于具体的对象。
A: 继承 B: 模板 C: 对象的自身引用 D: 动态绑定
3. 面向对象设计中的继承和组合，下面说法错误的是？（ C ）
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
4. 以下关于纯虚函数的说法,正确的是( A )
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
5. 关于虚函数的描述正确的是( B )
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
6. 关于虚表说法正确的是（ D ）
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
7. 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（D ）
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
8. 下面程序输出结果是什么? （ A ）
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
#include<iostream> using namespace std; 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; }
9. 多继承中指针偏移问题？下面说法正确的是( C )
A：p1 == p2 == p3 B：p1 < p2 < p3
C：p1 == p3 != p2 D：p1 != p2 != p3
class Base1 { public: int _b1; }; class Base2 { public: int _b2; }; class Derive : public Base1, public Base2 { public: int _d; }; int main() { Derive d; Base1* p1 = &d; Base2* p2 = &d; Derive* p3 = &d; return 0; }
10. 以下程序输出结果是什么（ B ）
A: A->0 B: B->1 C: A->1
D: B->0 E: 编译出错 F: 以上都不正确
class A { public: virtual void func(int val = 1) { std::cout << "A->" << val << std::endl; } virtual void test() { func(); } }; class B : public A { public: void func(int val = 0) { std::cout << "B->" << val << std::endl; } }; int main(int argc, char* argv[]) { B* p = new B; p->test(); return 0; }
2.问答题
1. 什么是多态？
多态首先是建立在继承的基础上的，先有继承才能有多态。多态是指不同的子类在继承父类后分别都重写覆盖了父类的方法，即父类同一个方法，在继承的子类中表现出不同的形式。
2. 什么是重载、重写(覆盖)、重定义(隐藏)？
3. 多态的实现原理？
当子类继承了父类的虚函数并完成重写，则就构成了多态，其底层是父类和子类都有一个虚表指针指向了一个虚表，这个虚表是用来存放虚函数的地址的(不是真正的地址，可以理解为间接地址)，当父类的指针和引用来调用虚函数时，取决于对象本身（即接受的父类就调用父类，接受的是子类就调用子类），父类和子类就会分别去各自的虚表指针里找到相应的虚函数。
4. inline函数可以是虚函数吗？
可以，不过编译器就忽略inline属性，这个函数就不再是inline，因为虚函数要放到虚表中去。
5. 静态成员可以是虚函数吗？
不能，因为静态成员函数没有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。
6. 构造函数可以是虚函数吗？
不能，因为对象中的虚函数表指针是在构造函数初始化列表阶段才初始化的。
7. 析构函数可以是虚函数吗？什么场景下析构函数是虚函数？
可以，并且最好把基类的析构函数定义成虚函数。
8. 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。
9. 虚函数表是在什么阶段生成的，存在哪的？
虚函数表是在编译阶段就生成的，一般情况下存在代码段(常量区)的。
10. C++菱形继承的问题？虚继承的原理？
菱形继承的问题是子类对象当中会有两份父类的成员，因此会导致数据冗余和二义性的问题。
虚继承对于相同的虚基类在对象当中只会存储一份，若要访问虚基类的成员需要通过虚基表获取到偏移量，从而找到相应的虚基类成员，解决了数据冗余和二义性的问题。
11. 什么是抽象类？抽象类的作用？
含 有纯虚拟函数的类称为抽象类，它不能生成对象；抽象类强制子类必须重写虚函数，否则无法实例化对象；另外抽象类体现出了接口继承关系。
