C++高频(五)之虚函数

C++面试高频(五)之虚函数

1.虚函数可以是模板函数吗？⭐

虚函数不可以是模板函数，模板函数的实例化是在编译器编译整个程序期间发生的，而虚函数的调用是在运行时才确定的。

这确实是一个重要的区别，模板函数在编译期间会根据使用的类型生成相应的实例，而虚函数需要在运行时根据对象的实际类型进行调用。

对于含有虚函数的类，编译器需要为每个类生成一个虚函数表（vtable），以便在运行时进行动态绑定。虚函数表中存储着该类的虚函数的地址。而模板函数的实例化个数是在整个程序被编译完成之后才确定的，编译器无法为模板函数生成固定数量的虚函数表。

因此，C++ 编译器不允许将虚函数声明为模板函数。只有普通的成员函数可以模板化。

2.请你说说虚函数的工作机制⭐⭐⭐

1. 在有虚函数的类中，当类实例化为对象时，会在对象的内存布局中添加一个指向虚函数表的指针。这个指针通常位于对象最开始的位置，也就是对象的 vptr（虚表指针）。
2. 虚函数表是一个静态的表格，保存了类中所有虚函数的地址。这个虚函数表在内存中的位置通常是在代码段（.text）中，而不是在对象的实际内存中。
3. 当子类继承了父类的时候，子类对象也会继承父类的虚函数表。当子类重写（override）父类中的虚函数时，会将虚函数表中对应的函数地址替换为子类的虚函数地址，从而实现了动态绑定和多态。
4. 运行时，通过对象的 vptr 指针来访问虚函数表，并根据表中存储的函数地址调用相应的虚函数。这个调用过程是动态的，会根据实际对象的类型来选择正确的虚函数实现。
5. 虚函数的实现确实会增加访问内存的开销，因为需要通过 vptr 指针来访问虚函数表，并进行间接的函数调用。这可能会带来一些性能上的损失。对于不需要多态性的函数，可以选择将其声明为非虚函数，以提高性能。

总结一下，虚函数的实现方式通常包括在对象中添加一个指向虚函数表的指针（vptr），虚函数表存储了虚函数的地址，子类继承并重写父类的虚函数时会替换相应的地址，通过 vptr 指针和虚函数表来实现动态绑定和多态。虚函数的实现会带来额外的内存访问开销。

3.虚函数表在什么时候创建？每个对象都有一份虚函数表吗？

• 虚函数表在编译阶段由编译器创建，并且对于每个类都只会创建一份虚函数表。每个类只有一个虚函数表。
• 虚函数表是类级别的静态成员，存储了类中所有虚函数的地址。
• 每个对象中包含一个虚函数表指针（vptr），它指向了所属类的虚函数表。每个对象通过自己的虚表指针来访问类的虚函数表。
• 对象之间共享类的虚函数表，它们的虚表指针指向同一个虚函数表。
• 每个类的派生类继承了基类的虚函数表，并可以在派生类中扩展和重写虚函数。派生类的虚函数表会包含基类的虚函数，并添加派生类自己的虚函数。派生类的虚函数表会替代基类的虚函数表。.
• 虚函数表只有一份，而有多少个对象，就对应多少个虚函数表指针。

4.请说说操作符重载？哪些操作符不能重载？⭐⭐

操作符重载是一种特殊的函数重载，可以使得某些运算符在对特定对象进行操作时具有自定义的行为。通过重载操作符，可以为自定义的类类型创建与内置类型相似的语法和行为。

当谈到操作符重载时，以下是一个简单的示例，展示了如何重载加法操作符（+）来实现两个自定义对象的相加：

#include <iostream>

class MyNumber {

private:

    int value;

public:

    MyNumber(int val) : value(val) {}

    MyNumber operator+(const MyNumber& other) {

        return MyNumber(value + other.value);

    }