C++面试八股文之override和finial关键字有何作用
作者：binarch
某日二师兄参加XXX科技公司的C++工程师开发岗位第22面： （二师兄好苦逼，节假日还在面试。。。）
面试官：C++的继承了解吗？
二师兄：（不好意思，你面到我的强项了。。）了解一些。
面试官：什么是虚函数，为什么需要虚函数？
二师兄：虚函数允许在基类中定义一个函数，然后在派生类中进行重写（
override）。二师兄：主要是为了实现面向对象中的三大特性之一多态。多态允许在子类中重写父类的虚函数，同样的函数在子类和父类实现不同的形态，简称为多态。
面试官：你知道
override和finial关键字的作用吗？二师兄：
override关键字告诉编译器，这个函数一定会重写父类的虚函数，如果父类没有这个虚函数，则无法通过编译。此关键字可省略，但不建议省略。二师兄：
finial关键字告诉编译器，这个函数到此为止，如果后续有类继承当前类，也不能再重写此函数。二师兄：这两个关键字都是C++11引入的，为了提升C++面向对象编码的安全性。
面试官：你知道多态是怎么实现的吗？
二师兄：（起开，我要开始装逼了！）C++主要使用了虚指针和虚表来实现多态。在拥有虚函数的对象中，包含一个虚指针（
virtual pointer）（一般位于对象所在内存的起始位置），这个虚指针指向一个虚表（virtual table），虚表中记录了虚函数的真实地址。
#include <iostream>
struct Foo
{
size_t a = 42;
virtual void fun1() {std::cout <<"Foo::fun1" << std::endl;}
virtual void fun2() {std::cout <<"Foo::fun2" << std::endl;}
virtual void fun3() {std::cout <<"Foo::fun3" << std::endl;}
};
struct Goo: Foo{
size_t b = 1024;
virtual void fun1() override {std::cout <<"Goo::fun1" << std::endl;}
virtual void fun3() override {std::cout <<"Goo::fun3" << std::endl;}
};
using PF = void(*)();
void test(Foo* pf)
{
size_t* virtual_point = (size_t*)pf;
PF* pf1 = (PF*)*virtual_point;
PF* pf2 = pf1 + 1; //偏移8字节 到下一个指针 fun2
PF* pf3 = pf1 + 2; //偏移16字节 到下下一个指针 fun3
(*pf1)(); //Foo::fun1 or Goo::fun1 取决于pf的真实类型
(*pf2)(); //Foo::fun2
(*pf3)(); //Foo::fun3 or Goo::fun3 取决于pf的真实类型
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
Foo* fp = new Foo;
test(fp);
fp = new Goo;
test(fp);
size_t* virtual_point = (size_t*)fp;
size_t* ap = virtual_point + 1;
size_t* bp = virtual_point + 2;
std::cout << *ap << std::endl; //42
std::cout << *bp << std::endl; //1024
}
二师兄：当初始化虚表时，会把当前类override的函数地址写到虚表中（
Goo::fun1、Goo::fun3），对于基类中的虚函数但是派生类中没有override，则会把基类的函数地址写到虚表中（Foo::fun2），在调用函数的时候，会通过虚指针转到虚表，并根据虚函数的偏移得到真实函数地址，从而实现多态。面试官：不错。上图你画出了单一继承的内存布局，那多继承呢？
二师兄：多继承内存布局类似，只不过会多几个
virtual pointer。
#include <iostream>
struct Foo1
{
size_t a = 42;
virtual void fun1() {std::cout <<"Foo1::fun1" << std::endl;}
virtual void fun2() {std::cout <<"Foo1::fun2" << std::endl;}
virtual void fun3() {std::cout <<"Foo1::fun3" << std::endl;}
};
struct Foo2{
size_t b = 1024;
virtual void fun4() {std::cout <<"Foo2::fun4" << std::endl;}
virtual void fun5() {std::cout <<"Foo2::fun5" << std::endl;}
};
struct Foo3{
size_t c = 0;
virtual void fun6() {std::cout <<"Foo3::fun1" << std::endl;}
virtual void fun7() {std::cout <<"Foo3::fun3" << std::endl;}
};
struct Goo: public Foo1, public Foo2, public Foo3
{
virtual void fun2() override {std::cout <<"Goo::fun2" << std::endl;}
virtual void fun6() override {std::cout <<"Goo::fun6" << std::endl;}
};
int main(int argc, char const *argv[])
{
Goo g;
g.fun1(); //Foo1::fun1
g.fun2(); //Goo::fun2
g.fun3(); //Foo1::fun3
g.fun4(); //Foo2::fun4
g.fun5(); //Foo2::fun5
g.fun6(); //Goo::fun6
g.fun7(); //Foo3::fun7
}
面试官：你知道什么是菱形继承吗？菱形继承会引发什么问题？如何解决？
二师兄：菱形继承（
Diamond Inheritance）是指在继承层次结构中，如果两个不同的子类B和C继承自同一个父类A，而又有一个类D同时继承B和C，这种继承关系被称为菱形继承。
二师兄：因为B和C各继承了一份A，当D继承B和C的时候就会有2份A；
#include <iostream>
struct A
{
int val = 42;
virtual void fun(){std::cout <<"A::fun" << std::endl;}
};
struct B: public A{ void fun() override{std::cout <<"B::fun" << std::endl;}};
struct C: public A{ void fun() override{std::cout <<"C::fun" << std::endl;}};
struct D: public B, public C{void fun() override{std::cout <<"D::fun" << std::endl;}};
int main(int argc, char const *argv[])
{
D d;
std::cout << d.val << std::endl; //编译失败，不知道调用从哪个类中继承的val变量
d.fun(); //编译失败，不知道调用从哪个类中继承的fun函数
}二师兄：解决的办法有两种，一种是在调用符之前加上父类限定符：
std::cout << d.B::val << std::endl; //42 d.C::fun(); //C::fun
二师兄：但这里并没有解决数据冗余的问题，因为D中有B和C，而B和C各有一个虚表和一个int类型的成员变量，所以
sizeof(D)的大小是32（x86_64架构，考虑到内存对齐）。二师兄：所幸在C++11引入了虚继承（
Virtual Inheritance）机制，从源头上解决了这个问题：
#include <iostream>
struct A
{
int val = 42;
virtual void fun(){std::cout <<"A::fun" << std::endl;}
};
struct B: virtual public A{ void fun() override{std::cout <<"B::fun" << std::endl;}};
struct C: virtual public A{ void fun() override{std::cout <<"C::fun" << std::endl;}};
struct D: public B, public C{void fun() override{std::cout <<"D::fun" << std::endl;}};
int main(int argc, char const *argv[])
{
D d;
std::cout << d.val << std::endl; //42
d.fun(); //D::fun
}二师兄：此时在对象
d中，只包含了一个val和两个虚指针，成员变量的冗余问题得到解决。面试官：一般我们认为多态会影响性能，你举得为什么影响性能？
二师兄：大多数人认为，虚函数的调用会先通过虚指针跳到虚函数表，然后通过偏移确定函数真实地址，再跳转到地址执行，是间接调用导致了性能损失。
二师兄：但实际上无法内联才是虚函数性能低于正常函数的主要原因。由于多态是运行时特征，在编译时编译器并不知道指针指向的函数地址，所以无法被内联。同时跳转到特定地址执行函数可能引发的
L1 cache miss（空间局部性不好），这也会影响性能。面试官：虚函数的调用一定是非内联的吗？
二师兄：不是。现代编译器很聪明，如果编译器能够在编译时推断出真实的函数，可能会直接内联这个虚函数。虚函数的调用是否内联取决于编译器的实现和上下文。
面试官：你觉得多态在安全性上有没有什么问题？
二师兄：的确是有的。当我们把类中的虚函数定义为
private的时候，虽然我们不能通过类的对象去访问这个函数，但我们知道这个函数就在虚函数表中，可以通过特殊的方法（上文中已经给出示例）访问它：
#include <iostream>
struct Foo
{
private:
virtual void fun() {std::cout << "Foo::fun" << std::endl;}
};
int main(int argc, char const *argv[])
{
Foo f;
//f.fun(); //编译错误
using Fun = void(*)();
size_t* virtual_point = (size_t*)&f;
Fun* fun = (Fun*)*virtual_point;
(*fun)();
}面试官：好的，今天的面试到这里就结束了，请回去等通知吧。
总结
到此这篇关于C++面试八股文之override和finial关键字有何作用的文章就介绍到这了,更多相关C++ override和finial关键字的作用内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！