C++面試八股文之override和finial關(guān)鍵字有何作用
某日二師兄參加X(jué)XX科技公司的C++工程師開(kāi)發(fā)崗位第22面： （二師兄好苦逼，節(jié)假日還在面試。。。）
面試官：C++的繼承了解嗎？
二師兄：（不好意思，你面到我的強(qiáng)項(xiàng)了。。）了解一些。
面試官：什么是虛函數(shù)，為什么需要虛函數(shù)？
二師兄：虛函數(shù)允許在基類中定義一個(gè)函數(shù)，然后在派生類中進(jìn)行重寫(xiě)（
override）。二師兄：主要是為了實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο笾械娜筇匦灾欢鄳B(tài)。多態(tài)允許在子類中重寫(xiě)父類的虛函數(shù)，同樣的函數(shù)在子類和父類實(shí)現(xiàn)不同的形態(tài)，簡(jiǎn)稱為多態(tài)。
面試官：你知道
override和finial關(guān)鍵字的作用嗎？二師兄：
override關(guān)鍵字告訴編譯器，這個(gè)函數(shù)一定會(huì)重寫(xiě)父類的虛函數(shù)，如果父類沒(méi)有這個(gè)虛函數(shù)，則無(wú)法通過(guò)編譯。此關(guān)鍵字可省略，但不建議省略。二師兄：
finial關(guān)鍵字告訴編譯器，這個(gè)函數(shù)到此為止，如果后續(xù)有類繼承當(dāng)前類，也不能再重寫(xiě)此函數(shù)。二師兄：這兩個(gè)關(guān)鍵字都是C++11引入的，為了提升C++面向?qū)ο缶幋a的安全性。
面試官：你知道多態(tài)是怎么實(shí)現(xiàn)的嗎？
二師兄：（起開(kāi)，我要開(kāi)始裝逼了?。〤++主要使用了虛指針和虛表來(lái)實(shí)現(xiàn)多態(tài)。在擁有虛函數(shù)的對(duì)象中，包含一個(gè)虛指針（
virtual pointer）（一般位于對(duì)象所在內(nèi)存的起始位置），這個(gè)虛指針指向一個(gè)虛表（virtual table），虛表中記錄了虛函數(shù)的真實(shí)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字節(jié) 到下一個(gè)指針 fun2
PF* pf3 = pf1 + 2; //偏移16字節(jié) 到下下一個(gè)指針 fun3
(*pf1)(); //Foo::fun1 or Goo::fun1 取決于pf的真實(shí)類型
(*pf2)(); //Foo::fun2
(*pf3)(); //Foo::fun3 or Goo::fun3 取決于pf的真實(shí)類型
}
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
}
二師兄：當(dāng)初始化虛表時(shí)，會(huì)把當(dāng)前類override的函數(shù)地址寫(xiě)到虛表中（
Goo::fun1、Goo::fun3），對(duì)于基類中的虛函數(shù)但是派生類中沒(méi)有override，則會(huì)把基類的函數(shù)地址寫(xiě)到虛表中（Foo::fun2），在調(diào)用函數(shù)的時(shí)候，會(huì)通過(guò)虛指針轉(zhuǎn)到虛表，并根據(jù)虛函數(shù)的偏移得到真實(shí)函數(shù)地址，從而實(shí)現(xiàn)多態(tài)。面試官：不錯(cuò)。上圖你畫(huà)出了單一繼承的內(nèi)存布局，那多繼承呢？
二師兄：多繼承內(nèi)存布局類似，只不過(guò)會(huì)多幾個(gè)
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
}
面試官：你知道什么是菱形繼承嗎？菱形繼承會(huì)引發(fā)什么問(wèn)題？如何解決？
二師兄：菱形繼承（
Diamond Inheritance）是指在繼承層次結(jié)構(gòu)中，如果兩個(gè)不同的子類B和C繼承自同一個(gè)父類A，而又有一個(gè)類D同時(shí)繼承B和C，這種繼承關(guān)系被稱為菱形繼承。
二師兄：因?yàn)锽和C各繼承了一份A，當(dāng)D繼承B和C的時(shí)候就會(huì)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; //編譯失敗，不知道調(diào)用從哪個(gè)類中繼承的val變量
d.fun(); //編譯失敗，不知道調(diào)用從哪個(gè)類中繼承的fun函數(shù)
}二師兄：解決的辦法有兩種，一種是在調(diào)用符之前加上父類限定符：
std::cout << d.B::val << std::endl; //42 d.C::fun(); //C::fun
二師兄：但這里并沒(méi)有解決數(shù)據(jù)冗余的問(wèn)題，因?yàn)镈中有B和C，而B(niǎo)和C各有一個(gè)虛表和一個(gè)int類型的成員變量，所以
sizeof(D)的大小是32（x86_64架構(gòu)，考慮到內(nèi)存對(duì)齊）。二師兄：所幸在C++11引入了虛繼承（
Virtual Inheritance）機(jī)制，從源頭上解決了這個(gè)問(wèn)題：
#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
}二師兄：此時(shí)在對(duì)象
d中，只包含了一個(gè)val和兩個(gè)虛指針，成員變量的冗余問(wèn)題得到解決。面試官：一般我們認(rèn)為多態(tài)會(huì)影響性能，你舉得為什么影響性能？
二師兄：大多數(shù)人認(rèn)為，虛函數(shù)的調(diào)用會(huì)先通過(guò)虛指針跳到虛函數(shù)表，然后通過(guò)偏移確定函數(shù)真實(shí)地址，再跳轉(zhuǎn)到地址執(zhí)行，是間接調(diào)用導(dǎo)致了性能損失。
二師兄：但實(shí)際上無(wú)法內(nèi)聯(lián)才是虛函數(shù)性能低于正常函數(shù)的主要原因。由于多態(tài)是運(yùn)行時(shí)特征，在編譯時(shí)編譯器并不知道指針指向的函數(shù)地址，所以無(wú)法被內(nèi)聯(lián)。同時(shí)跳轉(zhuǎn)到特定地址執(zhí)行函數(shù)可能引發(fā)的
L1 cache miss（空間局部性不好），這也會(huì)影響性能。面試官：虛函數(shù)的調(diào)用一定是非內(nèi)聯(lián)的嗎？
二師兄：不是?，F(xiàn)代編譯器很聰明，如果編譯器能夠在編譯時(shí)推斷出真實(shí)的函數(shù)，可能會(huì)直接內(nèi)聯(lián)這個(gè)虛函數(shù)。虛函數(shù)的調(diào)用是否內(nèi)聯(lián)取決于編譯器的實(shí)現(xiàn)和上下文。
面試官：你覺(jué)得多態(tài)在安全性上有沒(méi)有什么問(wèn)題？
二師兄：的確是有的。當(dāng)我們把類中的虛函數(shù)定義為
private的時(shí)候，雖然我們不能通過(guò)類的對(duì)象去訪問(wèn)這個(gè)函數(shù)，但我們知道這個(gè)函數(shù)就在虛函數(shù)表中，可以通過(guò)特殊的方法（上文中已經(jīng)給出示例）訪問(wèn)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(); //編譯錯(cuò)誤
using Fun = void(*)();
size_t* virtual_point = (size_t*)&f;
Fun* fun = (Fun*)*virtual_point;
(*fun)();
}面試官：好的，今天的面試到這里就結(jié)束了，請(qǐng)回去等通知吧。
總結(jié)
到此這篇關(guān)于C++面試八股文之override和finial關(guān)鍵字有何作用的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++ override和finial關(guān)鍵字的作用內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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