【C++】继承和多态常见的问题
一、概念考查
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
继承机制是面向对象程序设计使代码可以复用的最重要手段，继承是类设计层次的复用。
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
动态绑定又称后期绑定或晚绑定，就是多态。
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。
优先使用组合，而不是继承。
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
虽然声明纯虚函数的类不能实例化对象，但声明纯虚函数的类可以定义指针。
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
首先排除 A 和 C 选项，其次虚函数的地址是放在对象的虚表中，如果要形成多态，就必需要用对象的指针或引用来调用，而 static 就意味着是静态的，你连 this 指针都没有，那就不合理了。
内联函数不能是虚函数其实是一个存疑的选项，己验证。在 VS2019 下，内联函数加上虚函数后依然能编译通过，但是我们得知道内联函数对编译器而言只是一个建议，实际上一个函数真的成为内联函数，它就不可能是虚函数，因为内联函数是没有地址的，它直接在调用的地方展开，而虚函数是要把地址放到虚函数表中，所以这里一定会把 inline 给忽略掉。
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。
上面的多继承中就有两张虚表，且严格来说虚表不是在类，而是在对象，所以 A 选项错误；
不管是否完成重写，父子类的对象都是有独立的虚表，所以排除 B 选项；
虚表如果是运行时动态生成，虚表是需要空间的，且运行起来只能在堆上申请，而虚表是在常量区或代码段，所以虚表是在在编译阶段生成的， C 选项也错。
正确答案为 D。
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
A 类有虚函数，A 类对象的前 4 个字节当然是存储虚表地址，只要 B 类继承了 A 类，B 类的前 4 个字节也当然是存储虚表地址，只不过是不同的虚表地址，所以排除 A 选项；
虚基表是用来解决菱形继承问题的，与虚函数表是两个概念。注意区分解决菱形继承的虚继承的虚基表，所以排除 B 选项；
不管是否重写，父子类的对象都是有独立的虚表，所以排除 C 选项；
8、下面程序输出结果是什么? （ A ）
#include
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;
} 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
注意这里的初始化顺序和初始化列表中的顺序无关，这里是与继承的顺序，也就是声明的顺序有关。
这里 D 继承了 B、C，要去调用父类的构造函数，谁先继承谁就先调，按理说先由 D 调用 B 的构造函数，再由 B 调用 A 的构造函数，再由 D 调用 C 的构造函数，再由 C 调用 A 的构造函数 (A ➡ B ➡ A ➡ C ➡ D)。
但是因为 virtual 后，编译器做了处理，不可能让 B 对 A 初始化一次，C 对 A 再初始化一次，所以应该是 (A ➡ B ➡ C ➡ D)。
9、多继承中指针偏移问题？下面说法正确的是( C )
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;
}A. p1 == p2 == p3 B. p1 < p2 < p3 C. p1 == p3 != p2 D. p1 != p2 != p3
如下图，所以选择 C 选项。注意 p1 和 p3 虽然都指向同一地址，但是它们的类型不一样，p1 是 Base1 的大小，p3 是 Derive 的大小。
10、以下程序输出结果是什么（ B ）
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;
}A: A->0 B: B->1 C: A->1 D: B->0 E: 编译出错 F: 以上都不正确
首先，这里不涉及多态，因为 p 的类型是子类的指针，p 再去调用父类继承下来的 test，但是这里父类中 test 函数的参数中有一个 A* this 的指针，所以调用时就是一个父类的指针指向子类对象，满足多态的条件之一，其次子类重写可以不写 virtual，我们需要重写虚函数，并满足三同或三个例外，但是没有说缺省参数也要相同，标准也基本不会提，我们就认为它构成重写。所以这里 this 调用 func 时符合多态，调用的是子类的 func，所以这里就从 B 选项 和 C 选项中选择。
我们又说了普通函数的继承是实现继承，而虚函数的继承是接口继承，接口继承指的是函数的声明，包括函数名、参数、返回值，所以这里把函数的缺省参数也继承下来，而这里重写的是它的实现，跟参数这些无关，所以选择 B 选项。
11、以下两段程序输出结果是什么 ( B C )
class A
{
public:
virtual void func(int val = 1)
{}
void test()
{}
};
int main()
{
//1、
A* p1 = nullptr;
p1->func();
//2、
A* p2 = nullptr;
p2->test();
return 0;
}
A. 编译报错 B. 运行崩溃 C. 正常运行
成员函数的地址不在对象中存储，而存在于公共代码段。这里调用成员函数，不会去访问 p1 和 p2 指向的空间，也就不存在空指针解引用了，这里把 p1 和 p2 传递给隐含的 this 指针，但是 p1 是一个父类的指针，而 func 是 virtual，这里转换必然要去虚表中找，因为从语法识别的角度，编译器看到 p1->func() 时也不知道指向的是哪个对象，所以这里依然对 p1 进行解引用了，所以选择 B 和 C 选项。
二、问答题
1、什么是多态？
多态是指不同继承关系的类和对象去调用同一函数，产生了不同的行为。
多态又分为静态多态和动态多态。
2、什么是重载、重写（覆盖）、重定义（隐藏）？
- 重载是指在同一范围中声明几个功能类似的同名函数，但是这些同名函数的形式参数（指参数的个数、类型或者顺序）必须不同，也就是说用同一个函数完成不同的功能。
- 重写（覆盖）是指两个函数分别在基类和派生类的作用域，这两个函数的函数名、参数、返回值都必须相同(协变例外)，且这两个函数都是虚函数。
- 重定义（隐藏）是指两个函数分别在基类和派生类的作用域，这两个函数的函数名相同即可。
3、多态的实现原理？
构成多态的父类对象和子类对象的成员当中都包含一个虚表指针，这个虚表指针指向一个虚表，虚表当中存储的是该类对应的虚函数地址。
因此，当父类指针指向父类对象时，通过父类指针找到虚表指针，然后在虚表当中找到的就是父类当中对应的虚函数；当父类指针指向子类对象时，通过父类指针找到虚表指针，然后在虚表当中找到的就是子类当中对应的虚函数。
4、inline函数可以是虚函数吗？
可以，内联函数是会在调用的地方展开的，是没有地址的，但是 inline 只是一个建议，可以定义成虚函数的，当我们把内联函数定义成虚函数后，在多态调用中，编译器就忽略了该函数的内联属性，这个函数就不再是 inline 了，因为虚函数的地址被放到虚表中去。
5、静态成员（static 函数）可以是虚函数吗？
不能，因为静态成员函数是存在整个类域中，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。
虚函数是为了实现多态，多态都是运行时去虚表找决议，而静态成员函数都是在编译时决议，它是virtual 没有价值。
6、构造函数可以是虚函数吗？
不可以，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（运行时）才初始化的，如果构造函数是虚函数，那么调用构造函数时对象中的虚表指针都没有初始化。构造函数时虚函数没有意义。
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。当我们 new 一个父类对象和一个子类对象，并均用父类指针指向它们，在我们使用 delete 调用析构函数并释放对象空间时，只有当父类的析构函数是虚函数的情况下，才能正确调用父类和子类的析构函数，否则当我们使用父类指针 delete 对象时，只能调用到父类的析构函数。
8、拷贝构造和 operator= 可以是虚函数吗？
不可以，拷贝构造也是构造函数，答案参考上面的构造函数。
operator= 可以，但是没有实际价值。
9、对象访问普通函数快还是虚函数更快？
如果虚函数不构成多态，是普通对象，二者是一样快的。
如果虚函数构成多态的调用，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，在运行时调用虚函数需要到虚函数表中去查找虚函数的地址。
10、虚函数表是在什么阶段生成的，存在哪的？
构造函数初始化列表阶段初始化的是虚函数表指针，对象中存的也是虚函数表指针。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。
11、C++ 菱形继承的问题？虚继承的原理？
注意这里不要把虚函数表和虚基表搞混了。
菱形继承子类对象当中有两份父类的成员，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，进而找到对应的虚基类成员，从而解决了数据冗余和二义性的问题。
12、什么是抽象类？抽象类的作用？
抽象类体现了虚函数的继承是一种接口继承，强制子类去抽象纯虚函数，如果子类不抽象从父类继承下来的纯虚函数，那么子类也是抽象类也不能实例化出对象。
其次，抽象类可以很好的去表示现实世界中没有示例对象对应的抽象类型，比如：植物、人、动物等。