C++基础7【难】多态：实现原理 vptr指针证明vptr存在类的步长纯虚函数：抽象类案例【面试题】

1）：多态的原理探究

证明vptr指针的存在

添加一个虚函数，类的大小也不会发生改变

2）：【面试题】构造函数中能调用虚函数，实现多态吗

父类指针子类指针，步长问题

1，父类结构与子类结构大小一样时

2，父类结构与子类结构大小不一样时

3）：【纯虚函数】抽象类

【纯虚函数不能被实例化】

纯虚函数的实例；

证明,纯虚函数不会发生二义性

抽象类在多继承中的应用・案例

纯虚函数，计算程序员工资

多态案例：C++实现socket通信

4）：【面试题】

=========================================================

多态的原理探究：

1.热身

chunli@http://990487026.blog.51cto.com~$ cat main.cpp 
#include <iostream>
using namespace std;

class Parent
{
public: 
Parent(int a= 0)
{
this->a = a;
}
virtual void printf()//动手脚1 写了virtual关键字会特殊处理
{
cout << "我是你爹\n";
}
private:
int a;
};


class Child : public Parent
{
public: 
Child(int a):Parent(2)
{
this->a = a;
}
virtual void printf()
{
cout << "我是儿子\n";
}
private:
int a;
};

void fun(Parent *p)
{
p->printf();//动手脚2，会有多态发生
}

/*
【面试】
多态成立的3个条件：
继承
重写
父类指针指向子类
*/
int main()
{
Parent p1(2);//动手脚3，提前布局，产生vptr指针
Child  c1(1);//子类；里面也会有vptr指针
fun(&p1);
fun(&c1);

return 0;
}


chunli@http://990487026.blog.51cto.com~$ g++  -o run main.cpp  && ./run 
我是你爹
我是儿子
chunli@http://990487026.blog.51cto.com~$

多态的原理探究

1.当类中声明虚函数时，编译器会在类中生成一个虚函数。

2.虚函数表是一个存储类成员函数指针的数据结构。

3.虚函数表是由编译器自动生成与维护的。

4.virtual成员函数会被编译器放入虚函数表中。

5.存在虚函数时，每个对象中都有一个指向虚函数表的指针(vptr指针)。

说明1：

通过虚函数表指针VPTR调用重写函数是在程序运行时进行的，因此需要通过寻址操作才能确定真正应该调用的函数。而普通成员函数是在编译时就确定了调用的函数。在效率上，虚函数的效率要低很多。

说明2：

出于效率考虑，没有必要将所有成员函数都声明为虚函数

============================================================

证明vptr指针的存在

加了virtual关键字，编译器会在类中自动添加一个指针

chunli@http://990487026.blog.51cto.com~$ cat main.cpp #include <iostream>using namespace std;class Parent{public: virtual void printf(){}double a;};class Child{public: double a;};int main(){cout << sizeof(Parent) << endl;cout << sizeof(Child) << endl;return 0;}chunli@http://990487026.blog.51cto.com~$ g++  -o run main.cpp  && ./run 168chunli@http://990487026.blog.51cto.com~$

即使再添加一个虚函数，类的大小也不会发生改变

chunli@http://990487026.blog.51cto.com~$ cat main.cpp #include <iostream>using namespace std;class Parent{public: virtual void printf1(){}virtual void printf(){}double a;};class Child{public: double a;};int main(){cout << sizeof(Parent) << endl;cout << sizeof(Child) << endl;return 0;}chunli@http://990487026.blog.51cto.com~$ g++  -o run main.cpp  && ./run 168chunli@http://990487026.blog.51cto.com~$

【面试题】构造函数中能调用虚函数，实现多态吗

不可以，从vptr分布初始化来回答

【vptr分布初始化，示意图】

【代码实现】

chunli@http://990487026.blog.51cto.com~$ chunli@http://990487026.blog.51cto.com~$ cat main.cpp #include <iostream>using namespace std;class Parent{public: Parent(int a= 0){this->a = a;printf();//这里是调用父类的函数 还是调用子类的函数？}virtual void printf(){cout << "我是你爹\n";}private:int a;};class Child : public Parent{public: Child(int a):Parent(2){this->a = a;printf();//这里是调用父类的函数 还是调用子类的函数？}virtual void printf(){cout << "我是儿子\n";}private:int a;};void fun(Parent *p){p->printf();}int main(){//Parent p1(2);Child  c1(1);//fun(&p1);//fun(&c1);return 0;}chunli@http://990487026.blog.51cto.com~$ g++  -o run main.cpp  && ./run 我是你爹我是儿子chunli@http://990487026.blog.51cto.com~$

父类指针子类指针，步长问题

1，父类结构与子类结构大小一样时

chunli@http://990487026.blog.51cto.com~$ cat main.cpp #include <iostream>using namespace std;class Parent{public: Parent(int a= 0){this->a = a;}virtual void printf(){cout << "我是你爹\n";}private:int a;};class Child : public Parent{public: Child(int a):Parent(2){this->a = a;}virtual void printf(){cout << "我是儿子\n";}private:int a;};void fun(Parent *p){p->printf();}int main(){Child  c1(1);Child *pC = NULL;Parent *pP = NULL;Child arr[] ={Child(1),Child(2),Child(3)};pC = arr;pP = arr;pC->printf();pP->printf();pC++;pP++;pC->printf();pP->printf();pC++;pP++;pC->printf();pP->printf();return 0;}编译运行，发生多态了chunli@http://990487026.blog.51cto.com~$ g++  -o run main.cpp  && ./run 我是儿子我是儿子我是儿子我是儿子我是儿子我是儿子chunli@http://990487026.blog.51cto.com~$

2，父类结构与子类结构大小不一样时

在子类的大小比父类大，程序就会宕掉

chunli@http://990487026.blog.51cto.com~$ cat main.cpp #include <iostream>using namespace std;class Parent{public: Parent(int a= 0){this->a = a;}virtual void printf(){cout << "我是你爹\n";}private:int a;};class Child : public Parent{public: Child(int a):Parent(2){this->a = a;}virtual void printf(){cout << "我是儿子\n";}private:int a;int b;};void fun(Parent *p){p->printf();}int main(){Child  c1(1);Child *pC = NULL;Parent *pP = NULL;Child arr[] ={Child(1),Child(2),Child(3)};pC = arr;pP = arr;pC->printf();pP->printf();pC++;pP++;pC->printf();pP->printf();pC++;pP++;pC->printf();pP->printf();return 0;}chunli@http://990487026.blog.51cto.com~$ g++  -o run main.cpp  && ./run 我是儿子我是儿子我是儿子Segmentation fault (core dumped)chunli@http://990487026.blog.51cto.com~$

父类指针子类指针，步长

【看画图】

【结论】：多态是父类指针指向子类对象，和父类指针步长++，是两个不同的概念

【纯虚函数】

含有纯虚函数的类叫抽象类

chunli@http://990487026.blog.51cto.com~$ cat main.cpp #include <iostream>using namespace std;class Figure{public: virtual int get_area() = 0;};int main(){return 0;}chunli@http://990487026.blog.51cto.com~$ g++  -o run main.cpp  && ./run chunli@http://990487026.blog.51cto.com~$

【纯虚函数不能被实例化】

chunli@http://990487026.blog.51cto.com~$ cat main.cpp #include <iostream>using namespace std;class Figure{public: virtual int get_area() = 0;};int main(){Figure f1;return 0;}chunli@http://990487026.blog.51cto.com~$ g++  -o run main.cpp  && ./run main.cpp: In function ‘int main()’:main.cpp:12:8: error: cannot declare variable ‘f1’ to be of abstract type Figure  Figure f1;        ^

纯虚函数的实例；

chunli@http://990487026.blog.51cto.com~$ cat main.cpp #include <iostream>using namespace std;class Figure{public: virtual int get_area() = 0;};class Cricle :public Figure{public :Cricle(int a){this->a = a;}virtual int get_area(){return 3.14 * a *a;}private:int a;};class Tri :public Figure{public :Tri(int a,int b){this->a = a;this->b = b;}virtual int get_area(){return 0.5 * a *b;}private:int a;int b;};class Square :public Figure{public :Square(int a,int b){this->a = a;this->b = b;}virtual int get_area(){return a *b;}private:int a;int b;};void fun(Figure *p){cout <<"面积=" << p->get_area()  << endl;}int main(){Cricle c1(100);Tri    t1(10,20);Square s1(10,20);fun(&c1);fun(&t1);fun(&s1);return 0;}chunli@http://990487026.blog.51cto.com~$ g++  -o run main.cpp  && ./run 面积=31400面积=100面积=200chunli@http://990487026.blog.51cto.com~$

证明,纯虚函数不会发生二义性

1，热身

chunli@http://990487026.blog.51cto.com~$ cat main.cpp #include <iostream>using namespace std;class A{public:int a;};class B1:virtual public A{public:int b1;};class B2:virtual public A{public:int b1;};class C :public B1,public B2{public:int c;};int main(){C c;c.c = 10;c.a = 10;//不知道访问哪个return 0;}chunli@http://990487026.blog.51cto.com~$ g++  -o run main.cpp  && ./run chunli@http://990487026.blog.51cto.com~$

抽象类在多继承中的应用・计算器案例

chunli@http://990487026.blog.51cto.com~$ cat main.cpp #include <iostream>using namespace std;class Interface1{public:virtual int add(int a,int b) = 0;virtual void printf()= 0;};class Interface2{public:virtual int mult(int a,int b) = 0;virtual void printf()= 0;};class Parent{public:int get_a(){return 1;}private:int a;};class Child:public Parent,public Interface1,public Interface2{public:virtual int mult(int a,int b) {cout << "Child  mult \n";return 0;}virtual void printf(){cout << "Child \n";}virtual int add(int a,int b){cout << "Child add \n";return 0;}};int main(){Interface1 *i1 = NULL;Interface2 *i2 = NULL;Child c1;i1 = &c1; i1->add(1,2);  i1->printf();i2 = &c1; i2->mult(1,2);  i2->printf();return 0;}chunli@http://990487026.blog.51cto.com~$ g++  -o run main.cpp  && ./run Child add Child Child  mult Child chunli@http://990487026.blog.51cto.com~$

纯虚函数，计算程序员工资

chunli@http://990487026.blog.51cto.com~$ cat main.cpp #include <iostream>using namespace std;class Salary{public:virtual int salary() = 0;};class Programmer_low:public Salary{public:virtual int salary(){return 6000;}private:};class Programmer_mid:public Salary{public:virtual int salary(){return 12000;}private:};class Programmer_high:public Salary{public:virtual int salary(){return 24000;}private:};int main(){Salary *p = NULL;Programmer_low l; Programmer_mid m; Programmer_high h; p = &l; cout << "薪水="<<p->salary() << endl;p = &m; cout << "薪水="<<p->salary() << endl;p = &h; cout << "薪水="<<p->salary() << endl;return 0;}chunli@http://990487026.blog.51cto.com~$ g++  -o run main.cpp  && ./run 薪水=6000薪水=12000薪水=24000chunli@http://990487026.blog.51cto.com~$

多态案例：C++实现socket通信

我是客户，思科是通信提供商

我这边的有一个程序，抽象类已经定义完成，需要思科提供抽象类函数数据发送接收的实现：

4个文件：

chunli@http://990487026.blog.51cto.com~$ lltotal 16K-rw-rw-r-- 1 chunli chunli 912 Jul  7 11:20 CSckFactoryImp1.cpp-rw-rw-r-- 1 chunli chunli 478 Jul  7 11:09 CSckFactoryImp1.h-rw-rw-r-- 1 chunli chunli 449 Jul  7 11:24 CSocketProtocol.h-rw-rw-r-- 1 chunli chunli 997 Jul  7 11:26 main.cppchunli@http://990487026.blog.51cto.com~$

main 和 CSocketProtocol 是我定义的抽象类

CSckFactoryImp1 是思科的实现

源代码：

chunli@http://990487026.blog.51cto.com~$ cat CSocketProtocol.h #include <iostream>using namespace std;#ifndef _CSocketProtocol_H_#define _CSocketProtocol_H_class CSocketProtocol{public:CSocketProtocol(){}virtual ~CSocketProtocol(){}virtual int cltSocketInit() = 0; virtual int cltSocketSend(unsigned char *buf /*in*/,  int buflen /*in*/)= 0;virtual int cltSocketRev(unsigned char *buf /*in*/, int *buflen /*in out*/) = 0;virtual int cltSocketDestory() = 0;private:void **handle;};#endif

chunli@http://990487026.blog.51cto.com~$ cat main.cpp #include <string.h>#include <iostream>#include "CSocketProtocol.h"#include "CSckFactoryImp1.h"using namespace std;int SckSendAndRec(CSocketProtocol *sp,unsigned char *in,int inlen,unsigned char *out,int *outlen){int ret  = 0;ret = sp->cltSocketInit();if(ret != 0){goto End;}cout << "我发送的报文是：" << in << endl;ret = sp->cltSocketSend(in,inlen);if(ret != 0){goto End;}ret = sp->cltSocketRev(out,outlen);if(ret != 0){goto End;}cout << "我接收的报文是：" << out << endl;End:ret = sp->cltSocketDestory();return 0;}int main(){int ret = 0;unsigned char in[4096];int inlen;unsigned char out[4096];int outlen;CSocketProtocol *sp =NULL;sp = new CSckFactoryImp1;strcpy((char*)in,"Hello World!");inlen = strlen((char *)in);;ret = SckSendAndRec(sp,in,inlen,out,&outlen);if(ret != 0){cout << "Error in SckSendAndRec:"<<ret << endl;return ret;}delete sp;//应该使用虚析构函数return 0;}chunli@http://990487026.blog.51cto.com~$

思科提供的代码：

chunli@http://990487026.blog.51cto.com~$ cat CSckFactoryImp1.h #include <iostream>#include "CSocketProtocol.h"using namespace std;#ifndef _CSckFactoryImp1_H_#define _CSckFactoryImp1_H_class CSckFactoryImp1:public CSocketProtocol{public:        virtual int cltSocketInit() ;        virtual int cltSocketSend(unsigned char *buf /*in*/,  int buflen /*in*/);        virtual int cltSocketRev(unsigned char *buf /*in*/, int *buflen /*in out*/) ;        virtual int cltSocketDestory();private:unsigned char *p;int len;};#endif

chunli@http://990487026.blog.51cto.com~$ cat CSckFactoryImp1.cpp #include "CSckFactoryImp1.h"#include <iostream>#include <string.h>#include <stdlib.h>using namespace std;int CSckFactoryImp1::cltSocketInit() {p = NULL;len = 0;return 0;}int CSckFactoryImp1::cltSocketSend(unsigned char *buf /*in*/,  int buflen /*in*/){if(buf == NULL){cout << "cltSocketSend buf == NULL \n";return -1;}p = (unsigned char *)malloc(sizeof(unsigned char ) * buflen);if(p == NULL){cout << "Error in CSckFactoryImp1.cpp  cltSocketSend:"<< endl;return -2;}memcpy(this->p,buf,buflen);len = buflen;return 0;}int CSckFactoryImp1::cltSocketRev(unsigned char *buf /*in*/, int *buflen /*in out*/) {if(buf == NULL){cout << "cltSocketRev buf == NULL  \n";return -1;}*buflen = this->len;memcpy(buf,this->p,this->len);return 0;}int CSckFactoryImp1::cltSocketDestory(){if(p != NULL){free(p);p = NULL;len = 0;}return 0;}chunli@http://990487026.blog.51cto.com~$

编译运行：

chunli@http://990487026.blog.51cto.com~$ g++ -g -o run main.cpp CSckFactoryImp1.cpp  && ./run 我发送的报文是：Hello World!我接收的报文是：Hello World!chunli@http://990487026.blog.51cto.com~$

面试题1：请谈谈你对多态的理解

多态的实现效果

当用父类对象指向子类对象的时候，函数在子类来回穿梭表现不同的形态.

多态：同样的调用语句有多种不同的表现形态；

多态实现的三个条件

有继承、有virtual重写、有父类指针（引用）指向子类对象。

多态的C++实现

virtual关键字，告诉编译器这个函数要支持多态；不是根据指针类型判断如何调用；而是要根据指针所指向的实际对象类型来判断如何调用

多态的理论基础

动态联编PK静态联编。根据实际的对象类型来判断重写函数的调用。

动态联编，在运行的时候才确定是执行父类的函数还是子类的函数

静态联编,C++编译的时候就已经确定要执行的函数。

多态的重要意义

设计模式的基础是框架的基石。

实现多态的理论基础

函数指针做函数参数

C函数指针是C++至高无上的荣耀。C函数指针一般有两种用法（正、反）。

多态原理探究

Vptr分布初始化

面试题2：谈谈C++编译器是如何实现多态

1.当类中声明虚函数时，编译器会在类中生成一个虚函数。

2.虚函数表是一个存储类成员函数指针的数据结构。

3.虚函数表是由编译器自动生成与维护的。

4.virtual成员函数会被编译器放入虚函数表中。

5.存在虚函数时，每个对象中都有一个指向虚函数表的指针(vptr指针)。

说明1：

说明2：

出于效率考虑，没有必要将所有成员函数都声明为虚函数

面试题3：谈谈你对重写，重载理解

面试题4：是否可类的每个成员函数都声明为虚函数，为什么。

面试题5：构造函数中调用虚函数能实现多态吗？为什么？

面试题6：虚函数表指针（VPTR）被编译器初始化的过程，你是如何理解的？

面试题7：父类的构造函数中调用虚函数，能发生多态吗？

面试题8：为什么要定义虚析构函数？

本文出自 “李春利” 博客，谢绝转载！

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C++基础7【难】多态：实现原理 vptr指针证明vptr存在类的步长纯虚函数：抽象类案例【面试题】

面试题1：请谈谈你对多态的理解

面试题3：谈谈你对重写，重载理解

面试题4：是否可类的每个成员函数都声明为虚函数，为什么。

面试题5：构造函数中调用虚函数能实现多态吗？为什么？

面试题6：虚函数表指针（VPTR）被编译器初始化的过程，你是如何理解的？

面试题7：父类的构造函数中调用虚函数，能发生多态吗？

面试题8：为什么要定义虚析构函数？

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