嵌入式开发高频面试题——第二章 C/C++高频面试题(下)

- - [2.2 继承、多态相关面试题](#2.2 继承、多态相关面试题)
  - - [2.2.1 继承和虚继承⭐⭐⭐⭐⭐](#2.2.1 继承和虚继承⭐⭐⭐⭐⭐)
    - [2.2.2 多态的类，内存布局是怎么样的 ⭐⭐⭐⭐⭐](#2.2.2 多态的类，内存布局是怎么样的 ⭐⭐⭐⭐⭐)
    - [2.2.3 被隐藏的基类函数如何调用或者子类调用父类的同名函数和父类成员变量 ⭐⭐⭐⭐⭐](#2.2.3 被隐藏的基类函数如何调用或者子类调用父类的同名函数和父类成员变量 ⭐⭐⭐⭐⭐)
    - [2.2.4 多态实现的三个条件、实现的原理 ⭐⭐⭐⭐⭐](#2.2.4 多态实现的三个条件、实现的原理 ⭐⭐⭐⭐⭐)
    - [2.2.5 对拷贝构造函数深浅拷贝的理解拷贝构造函数作用及用途？什么时候需要自定义拷贝构造函数？ ⭐⭐⭐](#2.2.5 对拷贝构造函数深浅拷贝的理解拷贝构造函数作用及用途？什么时候需要自定义拷贝构造函数？ ⭐⭐⭐)
    - [2.2.6 析构函数可以抛出异常吗？为什么不能抛出异常？除了资源泄露，还有其他需考虑的因素吗？ ⭐⭐⭐](#2.2.6 析构函数可以抛出异常吗？为什么不能抛出异常？除了资源泄露，还有其他需考虑的因素吗？ ⭐⭐⭐)
    - [2.2.7 什么情况下会调用拷贝构造函数（三种情况） ⭐⭐⭐](#2.2.7 什么情况下会调用拷贝构造函数（三种情况） ⭐⭐⭐)
    - [2.2.8 析构函数一般写成虚函数的原因 ⭐⭐⭐⭐⭐](#2.2.8 析构函数一般写成虚函数的原因 ⭐⭐⭐⭐⭐)
    - [2.2.9 构造函数为什么一般不定义为虚函数 ⭐⭐⭐⭐⭐](#2.2.9 构造函数为什么一般不定义为虚函数 ⭐⭐⭐⭐⭐)
    - [2.2.10 什么是纯虚函数 ⭐⭐⭐⭐⭐](#2.2.10 什么是纯虚函数 ⭐⭐⭐⭐⭐)
    - [2.2.11 静态绑定和动态绑定的介绍 ⭐⭐⭐⭐](#2.2.11 静态绑定和动态绑定的介绍 ⭐⭐⭐⭐)
    - [2.2.12 C++所有的构造函数 ⭐⭐⭐](#2.2.12 C++所有的构造函数 ⭐⭐⭐)
    - [2.2.13 重写、重载、覆盖的区别 ⭐⭐⭐⭐⭐](#2.2.13 重写、重载、覆盖的区别 ⭐⭐⭐⭐⭐)
    - [2.2.14 成员初始化列表的概念，为什么用成员初始化列表会快一些（性能优势）？ ⭐⭐⭐⭐](#2.2.14 成员初始化列表的概念，为什么用成员初始化列表会快一些（性能优势）？ ⭐⭐⭐⭐)
    - [2.2.15 如何避免编译器进行的隐式类型转换；（`explicit`） ⭐⭐⭐⭐](#2.2.15 如何避免编译器进行的隐式类型转换；（explicit） ⭐⭐⭐⭐)

2.2 继承、多态相关面试题

2.2.1 继承和虚继承⭐⭐⭐⭐⭐

继承：继承是面向对象编程的核心特性之一。通过继承，一个类可以获取另一个类的所有属性和方法。继承分为公有继承、私有继承和保护继承：
- 公有继承：基类的公有成员在派生类中仍然是公有的，基类的保护成员在派生类中是保护的。
- 私有继承：基类的公有和保护成员在派生类中都变为私有的。
- 保护继承：基类的公有和保护成员在派生类中都变为保护的。
虚继承：虚继承用于解决多重继承时的"菱形继承问题"，即多个基类拥有同一个共同基类时，该共同基类在派生类中的副本问题。通过虚继承，共同基类在最派生类中只保留一份副本。

2.2.2 多态的类，内存布局是怎么样的 ⭐⭐⭐⭐⭐

多态的类中包含虚函数时，编译器会为该类创建一个虚函数表（vtable），虚表中存储了类的虚函数的地址。
每个对象会保存一个虚表指针（vptr），该指针指向类的虚函数表。
当调用虚函数时，程序通过对象的虚表指针找到虚表，再根据虚表中保存的函数地址调用具体的函数。
多态类的内存布局通常包含：
- 非静态数据成员。
- 一个隐藏的指向虚函数表的指针（vptr）。

2.2.3 被隐藏的基类函数如何调用或者子类调用父类的同名函数和父类成员变量 ⭐⭐⭐⭐⭐

如果子类的函数隐藏了基类的同名函数，可以通过使用作用域解析运算符（::）来调用基类的函数。例如：

cpp 复制代码

class Base {
public:
    void display() { std::cout << "Base class" << std::endl; }
};

class Derived : public Base {
public:
    void display() { std::cout << "Derived class" << std::endl; }
};

int main() {
    Derived obj;
    obj.display();           // 调用子类的 display
    obj.Base::display();     // 调用基类的 display
}

子类可以使用 Base::成员名 形式来访问基类中的同名变量或函数。

2.2.4 多态实现的三个条件、实现的原理 ⭐⭐⭐⭐⭐

多态的实现需要满足以下三个条件：

继承：必须存在继承关系，派生类继承基类。
虚函数 ：基类中的函数必须声明为虚函数（使用 virtual 关键字），以允许在运行时动态绑定。
基类指针或引用：必须通过基类的指针或引用来调用虚函数，以实现动态绑定。

多态的实现原理：

多态的核心是通过虚函数表（vtable）和虚表指针（vptr）来实现的。编译器为含有虚函数的类生成虚函数表，表中包含虚函数的地址。每个对象都有一个隐藏的虚表指针（vptr），该指针指向该类的虚表。通过基类指针调用虚函数时，程序会通过虚表指针找到对应的虚函数地址，从而实现动态绑定。

2.2.5 对拷贝构造函数深浅拷贝的理解拷贝构造函数作用及用途？什么时候需要自定义拷贝构造函数？ ⭐⭐⭐

拷贝构造函数 ：拷贝构造函数是用于创建新对象时，将已有对象的内容拷贝到新对象中。其形式为 ClassName(const ClassName &other)。
深拷贝：深拷贝会递归地复制对象中的指针指向的数据，确保新对象拥有独立的内存空间。
浅拷贝：浅拷贝只复制对象的指针，因此两个对象共享相同的内存数据。若其中一个对象被销毁或释放内存，另一个对象会导致非法访问。

什么时候需要自定义拷贝构造函数：

当类包含动态分配内存（如指针、堆内存）时，通常需要自定义拷贝构造函数以避免浅拷贝导致内存共享或释放问题。

2.2.6 析构函数可以抛出异常吗？为什么不能抛出异常？除了资源泄露，还有其他需考虑的因素吗？ ⭐⭐⭐

析构函数不能抛出异常，因为在异常处理的过程中，如果析构函数再抛出异常，会导致程序终止（std::terminate()）。
除了资源泄露，还需要考虑到对象的销毁过程的完整性，以及如何安全地释放内存或其他系统资源。

2.2.7 什么情况下会调用拷贝构造函数（三种情况） ⭐⭐⭐

拷贝构造函数通常在以下三种情况下被调用：

当一个对象被作为参数按值传递给函数时。
当一个对象作为函数返回值按值返回时。
当一个对象用另一个对象初始化时（如 MyClass obj2 = obj1;）。

2.2.8 析构函数一般写成虚函数的原因 ⭐⭐⭐⭐⭐

析构函数通常被声明为虚函数，以确保在多态环境下，基类指针删除派生类对象时，可以正确调用派生类的析构函数，从而避免内存泄露和未释放的资源。

2.2.9 构造函数为什么一般不定义为虚函数 ⭐⭐⭐⭐⭐

构造函数不应该是虚函数，因为在构造对象时，虚函数表还没有建立起来，所以无法调用虚函数。相反，析构函数是可以为虚函数的，因为对象被销毁时虚表已经存在，析构函数可以实现多态行为。

2.2.10 什么是纯虚函数 ⭐⭐⭐⭐⭐

纯虚函数是一个不提供任何实现的虚函数，其声明形式为 virtual void func() = 0;。
纯虚函数用于创建抽象类，不能直接实例化，通常用于定义接口，派生类必须实现这些函数。

2.2.11 静态绑定和动态绑定的介绍 ⭐⭐⭐⭐

静态绑定：函数调用在编译时就确定，编译器通过函数签名来决定调用哪个函数，适用于非虚函数。
动态绑定：函数调用在运行时决定，基于虚函数表实现，用于虚函数。动态绑定是多态的基础。

2.2.12 C++所有的构造函数 ⭐⭐⭐

C++ 中的构造函数包括：

默认构造函数：没有参数的构造函数。
参数化构造函数：带有参数的构造函数。
拷贝构造函数：使用已有对象创建新对象的构造函数。
移动构造函数：接受右值引用作为参数的构造函数，避免不必要的拷贝。

2.2.13 重写、重载、覆盖的区别 ⭐⭐⭐⭐⭐

重写（Override）：子类重新定义基类的虚函数，必须与基类函数具有相同的函数签名。
重载（Overload）：在同一个作用域内，函数名相同但参数不同的多个函数定义。
覆盖（Hide）：子类定义了与基类同名的非虚函数时，基类的同名函数被隐藏。

2.2.14 成员初始化列表的概念，为什么用成员初始化列表会快一些（性能优势）？ ⭐⭐⭐⭐

成员初始化列表 ：用于在构造函数之前直接初始化类的数据成员，例如：MyClass(int a) : value(a) {}。
性能优势：使用初始化列表可以避免默认构造后再赋值，从而提高性能。尤其是当成员变量是常量、引用或没有默认构造函数时，必须使用初始化列表。

2.2.15 如何避免编译器进行的隐式类型转换；（`explicit`） ⭐⭐⭐⭐

使用 explicit 关键字来避免编译器执行隐式转换。例如，explicit MyClass(int a) 将防止从整数到类对象的隐式转换