Day3: 5道C++ 面向对象高频题整理

发布于:2024-04-25 ⋅ 阅读:(35) ⋅ 点赞:(0)

1、虚函数表是针对类的还是针对对象的?同一个类的两个对象的虚函数表是怎么维护的?

答:虚函数表,或者称为vtable,是针对类的。虚函数表是一个存储类中所有虚函数地址的数组。当我们定义一个类,并在其中声明了虚函数时,编译器就会为这个类生成一个虚函数表。

每一个对象(或者说是实例),只要它的类有虚函数,那么它就会有一个指向这个类的虚函数表的指针。这意味着,同一个类的各个对象,它们的虚函数表指针都指向同一个虚函数表。所以,虽然每个对象都有自己的虚函数表指针,但是同一个类的所有对象共享同一个虚函数表。

举个例子,假设我们有一个基类Animal,它有一个虚函数makeSound()。那么,Animal就有一个虚函数表,其中包含了makeSound()的地址。然后我们创建了两个Animal对象,cat和dog。这两个对象都有一个指针指向Animal的虚函数表,即使是两个不同的对象,但是它们的虚函数表是相同的。

然后,如果我们有一个子类Cat继承自Animal,并且重写了makeSound()函数。那么,Cat也会有一个虚函数表,其中makeSound()的地址被替换为Cat类中的makeSound()函数的地址。当我们创建一个Cat对象kitty时,kitty的虚函数表指针就会指向Cat的虚函数表。

2、为什么基类的构造函数不能定义为虚函数?

在C++中,基类的构造函数不能被定义为虚函数,原因有两个:

  • **构造函数的目的是初始化对象。**当我们创建一个对象时,构造函数被调用来初始化对象的数据成员。在这个阶段,对象才刚刚开始被构建,还没有完全形成,因此它还不具备执行虚函数调用的条件(即,动态绑定)。因为执行虚函数调用需要通过对象的虚函数表指针,而这个指针在构造函数执行完毕后才会被设置。
  • **虚函数通常在有继承关系的类中使用,用于实现多态。**在子类对象的构造过程中,首先会调用基类的构造函数,然后才是子类的构造函数。如果基类的构造函数被定义为虚函数,那么在执行基类的构造函数时,由于子类的部分还没有被构造,所以无法正确地执行子类构造函数中对虚函数的重写。这就破坏了虚函数的目的,即允许子类重写基类的行为。

因此,基于以上原因,C++不允许构造函数为虚函数。但是,析构函数可以(并且通常应该)被声明为虚函数,以确保当删除一个指向派生类对象的基类指针时,派生类的析构函数能被正确调用,避免资源泄露。

3、为什么基类的析构函数需要定义为虚函数?

在C++中,基类的析构函数应该被定义为虚函数,主要是为了能正确地释放动态分配的资源,避免内存泄漏。

当我们使用基类指针指向派生类对象,并使用delete删除这个指针时,如果基类的析构函数不是虚函数,那么只有基类的析构函数会被调用。这样,派生类的析构函数就没有机会被调用,导致派生类中的资源没有被正确释放,造成内存泄漏。

而如果我们将基类的析构函数定义为虚函数,那么在删除基类指针时,就会根据这个指针实际指向的对象类型,调用相应的析构函数,先调用派生类的析构函数,然后再调用基类的析构函数。这样就能确保所有的资源都被正确释放,避免内存泄漏。

举个例子,假设我们有一个基类Animal和一个派生类Cat,Cat类在堆上分配了一些资源。如果我们用一个Animal指针指向一个Cat对象,然后用delete删除这个指针,如果Animal的析构函数不是虚函数,那么只有Animal的析构函数会被调用,Cat的析构函数不会被调用,Cat在堆上分配的资源就没有被释放,造成内存泄漏。而如果Animal的析构函数是虚函数,那么就会先调用Cat的析构函数,释放Cat的资源,然后再调用Animal的析构函数,这样就避免了内存泄漏。

4、构造函数和析构函数能抛出异常吗?

在C++中,构造函数和析构函数都可以抛出异常,但这并不是一个被推荐的做法,原因如下:

构造函数抛出异常:

如果在构造函数中抛出异常,那么对象的构造过程就会被中断。这就意味着对象可能处于一个部分初始化的状态,其成员可能没有被正确初始化。如果你试图在后续的代码中使用这个对象,可能会出现未定义的行为。

举个例子,你有一个DatabaseConnection类,其构造函数试图连接到数据库。如果连接失败,构造函数就抛出一个异常。这个时候,如果你在后续的代码中试图使用这个DatabaseConnection对象,就可能出现问题,因为它并没有正确地初始化。

析构函数抛出异常:

如果在析构函数中抛出异常,情况就更复杂了。析构函数通常在对象生命周期结束时被调用,或者在释放动态分配的内存时被调用。如果在这个过程中析构函数抛出了异常,而你又没有正确地捕获这个异常,那么程序就可能会中断,并可能导致资源泄露。

更糟糕的是,如果析构函数是在处理另一个异常时被调用,并在这个过程中又抛出了一个新的异常,那么C++会立即调用std::terminate,程序会立即终止。

因此,虽然构造函数和析构函数都可以抛出异常,但是在大多数情况下,我们应该尽量避免在这两个函数中抛出异常,或者至少确保这些异常被正确地捕获和处理,以避免未定义的行为

5、如何让一个类不能实例化?

在C++中,如果你希望一个类不能被实例化,也就是不能创建该类的对象,你可以通过以下两种方式来实现:

声明类的构造函数为protected或private: 如果一个类的构造函数被声明为protected或private,那么在类的外部就不能直接调用这个构造函数来创建类的对象。只有类本身和它的友元函数或类可以访问它的私有或保护成员。

class NonInstantiable1 {
private:
    NonInstantiable1() {} // private constructor
};

将类声明为抽象基类(Abstract Base Class, ABC): 如果一个类至少有一个纯虚函数,那么这个类就是抽象基类,无法被实例化。纯虚函数是在基类中声明但不定义的虚函数,它在基类中的声明形式如下:virtual void func() = 0;。纯虚函数使得派生类必须提供自己的实现,否则派生类也将成为抽象基类。

class NonInstantiable2 {
public:
    virtual void func() = 0; // pure virtual function
};

上述两种方式都可以让一个类不能直接实例化,但是可以作为基类被继承。在派生类中,你可以提供构造函数的实现或者实现基类中的纯虚函数,使得派生类可以被实例化。
 


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