C語言和C++相關的面試題一直比較少見一些，沒有 Java方向?qū)懙娜四敲炊啵@是一篇 C 語言與 C++面試知識點總結的文章，非常難得。

const

作用

修飾變量，說明該變量不可以被改變；

修飾指針，分為指向常量的指針（pointer to const）和自身是常量的指針（常量指針，const pointer）；

修飾引用，指向常量的引用（reference to const），用于形參類型，即避免了拷貝，又避免了函數(shù)對值的修改；

修飾成員函數(shù)，說明該成員函數(shù)內(nèi)不能修改成員變量。

const 的指針與引用

1. 指針

• 指向常量的指針（pointer to const）
• 自身是常量的指針（常量指針，const pointer）

1. 引用

• 指向常量的引用（reference to const）
• 沒有 const reference，因為引用本身就是 const pointer

（為了方便記憶可以想成）被 const 修飾（在 const 后面）的值不可改變，如下文使用例子中的 p2、p3。

使用

// 類
class A
{
private:
const int a; // 常對象成員，只能在初始化列表賦值

public:
// 構造函數(shù)
A() : a(0) { };
A(int x) : a(x) { }; // 初始化列表

// const可用于對重載函數(shù)的區(qū)分
int getValue(); // 普通成員函數(shù)
int getValue() const; // 常成員函數(shù)，不得修改類中的任何數(shù)據(jù)成員的值
};

void function()
{
// 對象
A b; // 普通對象，可以調(diào)用全部成員函數(shù)、更新常成員變量
const A a; // 常對象，只能調(diào)用常成員函數(shù)
const A *p = &a; // 指針變量，指向常對象
const A &q = a; // 指向常對象的引用

// 指針
char greeting[] = "Hello";
char* p1 = greeting; // 指針變量，指向字符數(shù)組變量
const char* p2 = greeting; // 指針變量，指向字符數(shù)組常量（const 后面是 char，說明指向的字符（char）不可改變）
char* const p3 = greeting; // 自身是常量的指針，指向字符數(shù)組變量（const 后面是 p3，說明 p3 指針自身不可改變）
const char* const p4 = greeting; // 自身是常量的指針，指向字符數(shù)組常量
}

// 函數(shù)
void function1(const int Var); // 傳遞過來的參數(shù)在函數(shù)內(nèi)不可變
void function2(const char* Var); // 參數(shù)指針所指內(nèi)容為常量
void function3(char* const Var); // 參數(shù)指針為常量
void function4(const int& Var); // 引用參數(shù)在函數(shù)內(nèi)為常量

// 函數(shù)返回值
const int function5(); // 返回一個常數(shù)
const int* function6(); // 返回一個指向常量的指針變量，使用：const int *p = function6();
int* const function7(); // 返回一個指向變量的常指針，使用：int* const p = function7();

static

作用

修飾普通變量，修改變量的存儲區(qū)域和生命周期，使變量存儲在靜態(tài)區(qū)，在 main 函數(shù)運行前就分配了空間，如果有初始值就用初始值初始化它，如果沒有初始值系統(tǒng)用默認值初始化它。

修飾普通函數(shù)，表明函數(shù)的作用范圍，僅在定義該函數(shù)的文件內(nèi)才能使用。在多人開發(fā)項目時，為了防止與他人命名空間里的函數(shù)重名，可以將函數(shù)定位為 static。

修飾成員變量，修飾成員變量使所有的對象只保存一個該變量，而且不需要生成對象就可以訪問該成員。

修飾成員函數(shù)，修飾成員函數(shù)使得不需要生成對象就可以訪問該函數(shù)，但是在 static 函數(shù)內(nèi)不能訪問非靜態(tài)成員。

this 指針

this 指針是一個隱含于每一個非靜態(tài)成員函數(shù)中的特殊指針。它指向調(diào)用該成員函數(shù)的那個對象。

當對一個對象調(diào)用成員函數(shù)時，編譯程序先將對象的地址賦給 this 指針，然后調(diào)用成員函數(shù)，每次成員函數(shù)存取數(shù)據(jù)成員時，都隱式使用 this 指針。

當一個成員函數(shù)被調(diào)用時，自動向它傳遞一個隱含的參數(shù)，該參數(shù)是一個指向這個成員函數(shù)所在的對象的指針。

this 指針被隱含地聲明為: ClassNameconst this，這意味著不能給 this 指針賦值；在 ClassName 類的 const 成員函數(shù)中，this 指針的類型為：const ClassNameconst，這說明不能對 this 指針所指向的這種對象是不可修改的（即不能對這種對象的數(shù)據(jù)成員進行賦值操作）；

this 并不是一個常規(guī)變量，而是個右值，所以不能取得 this 的地址（不能 &this）。

在以下場景中，經(jīng)常需要顯式引用 this 指針：

• 為實現(xiàn)對象的鏈式引用；
• 為避免對同一對象進行賦值操作；
• 在實現(xiàn)一些數(shù)據(jù)結構時，如 list。

inline 內(nèi)聯(lián)函數(shù)

特征

• 相當于把內(nèi)聯(lián)函數(shù)里面的內(nèi)容寫在調(diào)用內(nèi)聯(lián)函數(shù)處；
• 相當于不用執(zhí)行進入函數(shù)的步驟，直接執(zhí)行函數(shù)體；
• 相當于宏，卻比宏多了類型檢查，真正具有函數(shù)特性；
• 編譯器一般不內(nèi)聯(lián)包含循環(huán)、遞歸、switch 等復雜操作的內(nèi)聯(lián)函數(shù)；
• 在類聲明中定義的函數(shù)，除了虛函數(shù)的其他函數(shù)都會自動隱式地當成內(nèi)聯(lián)函數(shù)。

使用

inline 使用

// 聲明1（加 inline，建議使用）
inline int functionName(int first, int second,...);

// 聲明2（不加 inline）
int functionName(int first, int second,...);

// 定義
inline int functionName(int first, int second,...) {/****/};

// 類內(nèi)定義，隱式內(nèi)聯(lián)
class A {
int doA() { return 0; } // 隱式內(nèi)聯(lián)
}

// 類外定義，需要顯式內(nèi)聯(lián)
class A {
int doA();
}
inline int A::doA() { return 0; } // 需要顯式內(nèi)聯(lián)

編譯器對 inline 函數(shù)處理步驟

1. 將 inline 函數(shù)體復制到 inline 函數(shù)調(diào)用點處；
2. 為所用 inline 函數(shù)中的局部變量分配內(nèi)存空間；
3. 將 inline 函數(shù)的的輸入?yún)?shù)和返回值映射到調(diào)用方法的局部變量空間中；
4. 如果 inline 函數(shù)有多個返回點，將其轉變?yōu)?inline 函數(shù)代碼塊末尾的分支（使用 GOTO）。

優(yōu)缺點

優(yōu)點

• 內(nèi)聯(lián)函數(shù)同宏函數(shù)一樣將在被調(diào)用處進行代碼展開，省去了參數(shù)壓棧、棧幀開辟與回收，結果返回等，從而提高程序運行速度。
• 內(nèi)聯(lián)函數(shù)相比宏函數(shù)來說，在代碼展開時，會做安全檢查或自動類型轉換（同普通函數(shù)），而宏定義則不會。
• 在類中聲明同時定義的成員函數(shù)，自動轉化為內(nèi)聯(lián)函數(shù)，因此內(nèi)聯(lián)函數(shù)可以訪問類的成員變量，宏定義則不能。
• 內(nèi)聯(lián)函數(shù)在運行時可調(diào)試，而宏定義不可以。

虛函數(shù)（virtual）可以是內(nèi)聯(lián)函數(shù)（inline）嗎？

Are "inline virtual" member functions ever actually "inlined"?

• 虛函數(shù)可以是內(nèi)聯(lián)函數(shù)，內(nèi)聯(lián)是可以修飾虛函數(shù)的，但是當虛函數(shù)表現(xiàn)多態(tài)性的時候不能內(nèi)聯(lián)。
• 內(nèi)聯(lián)是在編譯器建議編譯器內(nèi)聯(lián)，而虛函數(shù)的多態(tài)性在運行期，編譯器無法知道運行期調(diào)用哪個代碼，因此虛函數(shù)表現(xiàn)為多態(tài)性時（運行期）不可以內(nèi)聯(lián)。
• inline virtual 唯一可以內(nèi)聯(lián)的時候是：編譯器知道所調(diào)用的對象是哪個類（如 Base::who()），這只有在編譯器具有實際對象而不是對象的指針或引用時才會發(fā)生。

虛函數(shù)內(nèi)聯(lián)使用

#include
using namespace std;
class Base
{
public:
inline virtual void who()
{
cout << "I am Base\n";
}
virtual ~Base() {}
};
class Derived : public Base
{
public:
inline void who() // 不寫inline時隱式內(nèi)聯(lián)
{
cout << "I am Derived\n";
}
};

int main()
{
// 此處的虛函數(shù) who()，是通過類（Base）的具體對象（b）來調(diào)用的，編譯期間就能確定了，所以它可以是內(nèi)聯(lián)的，但最終是否內(nèi)聯(lián)取決于編譯器。
Base b;
b.who();

// 此處的虛函數(shù)是通過指針調(diào)用的，呈現(xiàn)多態(tài)性，需要在運行時期間才能確定，所以不能為內(nèi)聯(lián)。
Base *ptr = new Derived();
ptr->who();

// 因為Base有虛析構函數(shù)（virtual ~Base() {}），所以 delete 時，會先調(diào)用派生類（Derived）析構函數(shù)，再調(diào)用基類（Base）析構函數(shù)，防止內(nèi)存泄漏。
delete ptr;
ptr = nullptr;

system("pause");
return 0;
}

volatile

volatile int i = 10;

• volatile 關鍵字是一種類型修飾符，用它聲明的類型變量表示可以被某些編譯器未知的因素（操作系統(tǒng)、硬件、其它線程等）更改。所以使用 volatile 告訴編譯器不應對這樣的對象進行優(yōu)化。
• volatile 關鍵字聲明的變量，每次訪問時都必須從內(nèi)存中取出值（沒有被 volatile 修飾的變量，可能由于編譯器的優(yōu)化，從 CPU 寄存器中取值）
• const 可以是 volatile （如只讀的狀態(tài)寄存器）
• 指針可以是 volatile

assert()

斷言，是宏，而非函數(shù)。assert 宏的原型定義在 （C）、（C++）中，其作用是如果它的條件返回錯誤，則終止程序執(zhí)行。可以通過定義 NDEBUG 來關閉 assert，但是需要在源代碼的開頭，include 之前。

assert() 使用

#define NDEBUG // 加上這行，則 assert 不可用
#include

assert( p != NULL ); // assert 不可用

sizeof()

• sizeof 對數(shù)組，得到整個數(shù)組所占空間大小。
• sizeof 對指針，得到指針本身所占空間大小。

#pragma pack(n)

設定結構體、聯(lián)合以及類成員變量以 n 字節(jié)方式對齊

#pragma pack(n) 使用

#pragma pack(push) // 保存對齊狀態(tài)
#pragma pack(4) // 設定為 4 字節(jié)對齊

struct test
{
char m1;
double m4;
int m3;
};

#pragma pack(pop) // 恢復對齊狀態(tài)

位域

Bit mode: 2; // mode 占 2 位

類可以將其（非靜態(tài)）數(shù)據(jù)成員定義為位域（bit-field），在一個位域中含有一定數(shù)量的二進制位。當一個程序需要向其他程序或硬件設備傳遞二進制數(shù)據(jù)時，通常會用到位域。

• 位域在內(nèi)存中的布局是與機器有關的
• 位域的類型必須是整型或枚舉類型，帶符號類型中的位域的行為將因具體實現(xiàn)而定
• 取地址運算符（&）不能作用于位域，任何指針都無法指向類的位域

extern "C"

• 被 extern 限定的函數(shù)或變量是 extern 類型的
• 被 extern "C" 修飾的變量和函數(shù)是按照 C 語言方式編譯和鏈接的

extern "C" 的作用是讓 C++ 編譯器將 extern "C" 聲明的代碼當作 C 語言代碼處理，可以避免 C++ 因符號修飾導致代碼不能和C語言庫中的符號進行鏈接的問題。

extern "C" 使用

#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif

void *memset(void *, int, size_t);

#ifdef __cplusplus
}
#endif

struct 和 typedef struct

C 中

// c
typedef struct Student {
int age;
} S;

等價于

// c
struct Student {
int age;
};

typedef struct Student S; 此時 S 等價于 struct Student，但兩個標識符名稱空間不相同。

另外還可以定義與 struct Student 不沖突的 void Student() {}。

C++ 中

由于編譯器定位符號的規(guī)則（搜索規(guī)則）改變，導致不同于C語言。

1.如果在類標識符空間定義了 struct Student {...};，使用 Student me; 時，編譯器將搜索全局標識符表，Student 未找到，則在類標識符內(nèi)搜索。

即表現(xiàn)為可以使用 Student 也可以使用 struct Student，如下：

// cpp
struct Student {
int age;
};

void f( Student me ); // 正確，"struct" 關鍵字可省略

2.若定義了與 Student 同名函數(shù)之后，則 Student 只代表函數(shù)，不代表結構體，如下：

typedef struct Student {
int age;
} S;

void Student() {} // 正確，定義后 "Student" 只代表此函數(shù)

//void S() {} // 錯誤，符號 "S" 已經(jīng)被定義為一個 "struct Student" 的別名

int main() {
Student();
struct Student me; // 或者 "S me";
return 0;
}

C++ 中 struct 和 class

總的來說，struct 更適合看成是一個數(shù)據(jù)結構的實現(xiàn)體，class 更適合看成是一個對象的實現(xiàn)體。

區(qū)別:

最本質(zhì)的一個區(qū)別就是默認的訪問控制

• 默認的繼承訪問權限。struct 是 public 的，class 是 private 的。
• struct 作為數(shù)據(jù)結構的實現(xiàn)體，它默認的數(shù)據(jù)訪問控制是 public 的，而 class 作為對象的實現(xiàn)體，它默認的成員變量訪問控制是 private 的。

union 聯(lián)合

聯(lián)合（union）是一種節(jié)省空間的特殊的類，一個 union 可以有多個數(shù)據(jù)成員，但是在任意時刻只有一個數(shù)據(jù)成員可以有值。當某個成員被賦值后其他成員變?yōu)槲炊x狀態(tài)。聯(lián)合有如下特點：

• 默認訪問控制符為 public
• 可以含有構造函數(shù)、析構函數(shù)
• 不能含有引用類型的成員
• 不能繼承自其他類，不能作為基類
• 不能含有虛函數(shù)
• 匿名 union 在定義所在作用域可直接訪問 union 成員
• 匿名 union 不能包含 protected 成員或 private 成員
• 全局匿名聯(lián)合必須是靜態(tài)（static）的

union 使用

#include

union UnionTest {
UnionTest() : i(10) {};
int i;
double d;
};

static union {
int i;
double d;
};

int main() {
UnionTest u;

union {
int i;
double d;
};

std::cout << u.i << std::endl; ?// 輸出 UnionTest 聯(lián)合的 10

::i = 20;
std::cout << ::i << std::endl; ?// 輸出全局靜態(tài)匿名聯(lián)合的 20

i = 30;
std::cout << i << std::endl; ? ?// 輸出局部匿名聯(lián)合的 30

return 0;
}

C語言實現(xiàn)C++類

C 實現(xiàn) C++ 的面向?qū)ο筇匦裕ǚ庋b、繼承、多態(tài)）

• 封裝：使用函數(shù)指針把屬性與方法封裝到結構體中
• 繼承：結構體嵌套
• 多態(tài)：父類與子類方法的函數(shù)指針不同

explicit（顯式）關鍵字

• explicit 修飾構造函數(shù)時，可以防止隱式轉換和復制初始化
• explicit 修飾轉換函數(shù)時，可以防止隱式轉換，但 按語境轉換 除外

explicit 使用

struct A
{
A(int) { }
operator bool() const { return true; }
};

struct B
{
explicit B(int) {}
explicit operator bool() const { return true; }
};

void doA(A a) {}

void doB(B b) {}

int main()
{
A a1(1);// OK：直接初始化
A a2 = 1;// OK：復制初始化
A a3{ 1 };// OK：直接列表初始化
A a4 = { 1 };// OK：復制列表初始化
A a5 = (A)1;// OK：允許 static_cast 的顯式轉換
doA(1);// OK：允許從 int 到 A 的隱式轉換
if (a1);// OK：使用轉換函數(shù) A::operator bool() 的從 A 到 bool 的隱式轉換
bool a6（a1）;// OK：使用轉換函數(shù) A::operator bool() 的從 A 到 bool 的隱式轉換
bool a7 = a1;// OK：使用轉換函數(shù) A::operator bool() 的從 A 到 bool 的隱式轉換
bool a8 = static_cast(a1); // OK ：static_cast 進行直接初始化

B b1(1);// OK：直接初始化
B b2 = 1;// 錯誤：被 explicit 修飾構造函數(shù)的對象不可以復制初始化
B b3{ 1 };// OK：直接列表初始化
B b4 = { 1 };// 錯誤：被 explicit 修飾構造函數(shù)的對象不可以復制列表初始化
B b5 = (B)1;// OK：允許 static_cast 的顯式轉換
doB(1);// 錯誤：被 explicit 修飾構造函數(shù)的對象不可以從 int 到 B 的隱式轉換
if (b1);// OK：被 explicit 修飾轉換函數(shù) B::operator bool() 的對象可以從 B 到 bool 的按語境轉換
bool b6(b1);// OK：被 explicit 修飾轉換函數(shù) B::operator bool() 的對象可以從 B 到 bool 的按語境轉換
bool b7 = b1;// 錯誤：被 explicit 修飾轉換函數(shù) B::operator bool() 的對象不可以隱式轉換
bool b8 = static_cast(b1); // OK：static_cast 進行直接初始化

return 0;
}

friend 友元類和友元函數(shù)

• 能訪問私有成員
• 破壞封裝性
• 友元關系不可傳遞
• 友元關系的單向性
• 友元聲明的形式及數(shù)量不受限制

using

using 聲明

一條 using 聲明 語句一次只引入命名空間的一個成員。它使得我們可以清楚知道程序中所引用的到底是哪個名字。如：

using namespace_name::name;

構造函數(shù)的 using 聲明

在 C++11 中，派生類能夠重用其直接基類定義的構造函數(shù)。

class Derived : Base {
public:
using Base::Base;
/* ... */
};

如上 using 聲明，對于基類的每個構造函數(shù)，編譯器都生成一個與之對應（形參列表完全相同）的派生類構造函數(shù)。生成如下類型構造函數(shù)：Derived(parms) : Base(args) { }

using 指示

using 指示 使得某個特定命名空間中所有名字都可見，這樣我們就無需再為它們添加任何前綴限定符了。如：

using namespace_name name;

盡量少使用 using 指示 污染命名空間

一般說來，使用 using 命令比使用 using 編譯命令更安全，這是由于它只導入了指定的名稱。如果該名稱與局部名稱發(fā)生沖突，編譯器將發(fā)出指示。using編譯命令導入所有的名稱，包括可能并不需要的名稱。如果與局部名稱發(fā)生沖突，則局部名稱將覆蓋名稱空間版本，而編譯器并不會發(fā)出警告。另外，名稱空間的開放性意味著名稱空間的名稱可能分散在多個地方，這使得難以準確知道添加了哪些名稱。

using 使用

盡量少使用 using 指示

using namespace std;

應該多使用 using 聲明

int x;
std::cin >> x ;
std::cout << x << std::endl;

或者

using std::cin;
using std::cout;
using std::endl;
int x;
cin >> x;
cout << x << endl;

:: 范圍解析運算符

分類

1. 全局作用域符（::name）：用于類型名稱（類、類成員、成員函數(shù)、變量等）前，表示作用域為全局命名空間
2. 類作用域符（class::name）：用于表示指定類型的作用域范圍是具體某個類的
3. 命名空間作用域符（namespace::name）:用于表示指定類型的作用域范圍是具體某個命名空間的

:: 使用

int count = 11; // 全局（::）的 count

class A {
public:
static int count; // 類 A 的 count（A::count）
};
int A::count = 21;

void fun()
{
int count = 31; // 初始化局部的 count 為 31
count = 32; // 設置局部的 count 的值為 32
}

int main() {
::count = 12; // 測試 1：設置全局的 count 的值為 12

A::count = 22; // 測試 2：設置類 A 的 count 為 22

fun(); // 測試 3

return 0;
}

enum 枚舉類型

定作用域的枚舉類型

enum class open_modes { input, output, append };

不限定作用域的枚舉類型

enum color { red, yellow, green };

enum { floatPrec = 6, doublePrec = 10 };

decltype

decltype 關鍵字用于檢查實體的聲明類型或表達式的類型及值分類。語法：

decltype ( expression )

decltype 使用

// 尾置返回允許我們在參數(shù)列表之后聲明返回類型
template
auto fcn(It beg, It end) -> decltype(*beg)
{
// 處理序列
return *beg; // 返回序列中一個元素的引用
}
// 為了使用模板參數(shù)成員，必須用 typename
template
auto fcn2(It beg, It end) -> typename remove_reference::type
{
// 處理序列
return *beg; // 返回序列中一個元素的拷貝
}

引用

左值引用

常規(guī)引用，一般表示對象的身份。

右值引用

右值引用就是必須綁定到右值（一個臨時對象、將要銷毀的對象）的引用，一般表示對象的值。

右值引用可實現(xiàn)轉移語義（Move Sementics）和精確傳遞（Perfect Forwarding），它的主要目的有兩個方面：

• 消除兩個對象交互時不必要的對象拷貝，節(jié)省運算存儲資源，提高效率。
• 能夠更簡潔明確地定義泛型函數(shù)。

引用折疊

• X& &、X& &&、X&& & 可折疊成 X&
• X&& && 可折疊成 X&&

宏

宏定義可以實現(xiàn)類似于函數(shù)的功能，但是它終歸不是函數(shù)，而宏定義中括弧中的“參數(shù)”也不是真的參數(shù)，在宏展開的時候?qū)?“參數(shù)” 進行的是一對一的替換。

成員初始化列表

好處

1. 更高效：少了一次調(diào)用默認構造函數(shù)的過程。
2. 有些場合必須要用初始化列表：

• 常量成員，因為常量只能初始化不能賦值，所以必須放在初始化列表里面
• 引用類型，引用必須在定義的時候初始化，并且不能重新賦值，所以也要寫在初始化列表里面
• 沒有默認構造函數(shù)的類類型，因為使用初始化列表可以不必調(diào)用默認構造函數(shù)來初始化

initializer_list 列表初始化

用花括號初始化器列表初始化一個對象，其中對應構造函數(shù)接受一個 std::initializer_list 參數(shù).

initializer_list 使用

#include
#include
#include

template
struct S {
std::vector v;
S(std::initializer_list l) : v(l) {
std::cout << "constructed with a " << l.size() << "-element list\n";
}
void append(std::initializer_list l) {
v.insert(v.end(), l.begin(), l.end());
}
std::pair c_arr() const {
return {&v[0], v.size()}; // 在 return 語句中復制列表初始化
// 這不使用 std::initializer_list
}
};

template
void templated_fn(T) {}

int main()
{
S s = {1, 2, 3, 4, 5}; // 復制初始化
s.append({6, 7, 8}); // 函數(shù)調(diào)用中的列表初始化

std::cout << "The vector size is now " << s.c_arr().second << " ints:\n";

for (auto n : s.v)
std::cout << n << ' ';
std::cout << '\n';

std::cout << "Range-for over brace-init-list: \n";

for (int x : {-1, -2, -3}) // auto 的規(guī)則令此帶范圍 for 工作
std::cout << x << ' ';
std::cout << '\n';

auto al = {10, 11, 12}; // auto 的特殊規(guī)則

std::cout << "The list bound to auto has size() = " << al.size() << '\n';

// templated_fn({1, 2, 3}); // 編譯錯誤！“ {1, 2, 3} ”不是表達式，
// 它無類型，故 T 無法推導
templated_fn>({1, 2, 3}); // OK
templated_fn>({1, 2, 3}); // 也 OK
}

面向?qū)ο?/strong>

面向?qū)ο蟪绦蛟O計（Object-oriented programming，OOP）是種具有對象概念的程序編程典范，同時也是一種程序開發(fā)的抽象方針。

面向?qū)ο筇卣?/p>

面向?qū)ο笕筇卣?—— 封裝、繼承、多態(tài)

封裝

把客觀事物封裝成抽象的類，并且類可以把自己的數(shù)據(jù)和方法只讓可信的類或者對象操作，對不可信的進行信息隱藏。關鍵字：public, protected, private。不寫默認為 private。

• public 成員：可以被任意實體訪問
• protected 成員：只允許被子類及本類的成員函數(shù)訪問
• private 成員：只允許被本類的成員函數(shù)、友元類或友元函數(shù)訪問

繼承

• 基類（父類）——> 派生類（子類）

多態(tài)

1. 多態(tài)，即多種狀態(tài)（形態(tài)）。簡單來說，我們可以將多態(tài)定義為消息以多種形式顯示的能力。
2. 多態(tài)是以封裝和繼承為基礎的。
3. C++ 多態(tài)分類及實現(xiàn)：

• 重載多態(tài)（Ad-hoc Polymorphism，編譯期）：函數(shù)重載、運算符重載
• 子類型多態(tài)（Subtype Polymorphism，運行期）：虛函數(shù)
• 參數(shù)多態(tài)性（Parametric Polymorphism，編譯期）：類模板、函數(shù)模板
• 強制多態(tài)（Coercion Polymorphism，編譯期/運行期）：基本類型轉換、自定義類型轉換

靜態(tài)多態(tài)（編譯期/早綁定）

函數(shù)重載

class A
{
public:
void do(int a);
void do(int a, int b);
};

動態(tài)多態(tài)（運行期期/晚綁定）

• 虛函數(shù)：用 virtual 修飾成員函數(shù)，使其成為虛函數(shù)

注意：

• 普通函數(shù)（非類成員函數(shù)）不能是虛函數(shù)
• 靜態(tài)函數(shù)（static）不能是虛函數(shù)
• 構造函數(shù)不能是虛函數(shù)（因為在調(diào)用構造函數(shù)時，虛表指針并沒有在對象的內(nèi)存空間中，必須要構造函數(shù)調(diào)用完成后才會形成虛表指針）
• 內(nèi)聯(lián)函數(shù)不能是表現(xiàn)多態(tài)性時的虛函數(shù)，解釋見：虛函數(shù)（virtual）可以是內(nèi)聯(lián)函數(shù)（inline）嗎？

動態(tài)多態(tài)使用

class Shape // 形狀類
{
public:
virtual double calcArea()
{
...
}
virtual ~Shape();
};
class Circle : public Shape // 圓形類
{
public:
virtual double calcArea();
...
};
class Rect : public Shape // 矩形類
{
public:
virtual double calcArea();
...
};
int main()
{
Shape * shape1 = new Circle(4.0);
Shape * shape2 = new Rect(5.0, 6.0);
shape1->calcArea(); // 調(diào)用圓形類里面的方法
shape2->calcArea(); // 調(diào)用矩形類里面的方法
delete shape1;
shape1 = nullptr;
delete shape2;
shape2 = nullptr;
return 0;
}

虛析構函數(shù)

虛析構函數(shù)是為了解決基類的指針指向派生類對象，并用基類的指針刪除派生類對象。

虛析構函數(shù)使用

class Shape
{
public:
Shape(); // 構造函數(shù)不能是虛函數(shù)
virtual double calcArea();
virtual ~Shape(); // 虛析構函數(shù)
};
class Circle : public Shape // 圓形類
{
public:
virtual double calcArea();
...
};
int main()
{
Shape * shape1 = new Circle(4.0);
shape1->calcArea();
delete shape1; // 因為Shape有虛析構函數(shù)，所以delete釋放內(nèi)存時，先調(diào)用子類析構函數(shù)，再調(diào)用基類析構函數(shù)，防止內(nèi)存泄漏。
shape1 = NULL;
return 0；
}

純虛函數(shù)

純虛函數(shù)是一種特殊的虛函數(shù)，在基類中不能對虛函數(shù)給出有意義的實現(xiàn)，而把它聲明為純虛函數(shù)，它的實現(xiàn)留給該基類的派生類去做。

virtual int A() = 0;

虛函數(shù)、純虛函數(shù)

• 類里如果聲明了虛函數(shù)，這個函數(shù)是實現(xiàn)的，哪怕是空實現(xiàn)，它的作用就是為了能讓這個函數(shù)在它的子類里面可以被覆蓋（override），這樣的話，編譯器就可以使用后期綁定來達到多態(tài)了。純虛函數(shù)只是一個接口，是個函數(shù)的聲明而已，它要留到子類里去實現(xiàn)。
• 虛函數(shù)在子類里面可以不重寫；但純虛函數(shù)必須在子類實現(xiàn)才可以實例化子類。虛函數(shù)的類用于 “實作繼承”，繼承接口的同時也繼承了父類的實現(xiàn)。
• 純虛函數(shù)關注的是接口的統(tǒng)一性，實現(xiàn)由子類完成。
• 帶純虛函數(shù)的類叫抽象類，這種類不能直接生成對象，而只有被繼承，并重寫其虛函數(shù)后，才能使用。抽象類被繼承后，子類可以繼續(xù)是抽象類，也可以是普通類。
• 虛基類是虛繼承中的基類，具體見下文虛繼承。

虛函數(shù)指針、虛函數(shù)表

• 虛函數(shù)指針：在含有虛函數(shù)類的對象中，指向虛函數(shù)表，在運行時確定。
• 虛函數(shù)表：在程序只讀數(shù)據(jù)段（.rodata section，見：目標文件存儲結構），存放虛函數(shù)指針，如果派生類實現(xiàn)了基類的某個虛函數(shù)，則在虛表中覆蓋原本基類的那個虛函數(shù)指針，在編譯時根據(jù)類的聲明創(chuàng)建。

虛繼承

虛繼承用于解決多繼承條件下的菱形繼承問題（浪費存儲空間、存在二義性）。

底層實現(xiàn)原理與編譯器相關，一般通過虛基類指針和虛基類表實現(xiàn)，每個虛繼承的子類都有一個虛基類指針（占用一個指針的存儲空間，4字節(jié)）和虛基類表（不占用類對象的存儲空間）（需要強調(diào)的是，虛基類依舊會在子類里面存在拷貝，只是僅僅最多存在一份而已，并不是不在子類里面了）；當虛繼承的子類被當做父類繼承時，虛基類指針也會被繼承。

實際上，vbptr 指的是虛基類表指針（virtual base table pointer），該指針指向了一個虛基類表（virtual table），虛表中記錄了虛基類與本類的偏移地址；通過偏移地址，這樣就找到了虛基類成員，而虛繼承也不用像普通多繼承那樣維持著公共基類（虛基類）的兩份同樣的拷貝，節(jié)省了存儲空間。

虛繼承、虛函數(shù)

1. 相同之處：都利用了虛指針（均占用類的存儲空間）和虛表（均不占用類的存儲空間）
2. 不同之處：

虛繼承

• 虛基類依舊存在繼承類中，只占用存儲空間
• 虛基類表存儲的是虛基類相對直接繼承類的偏移

虛函數(shù)

• 虛函數(shù)不占用存儲空間
• 虛函數(shù)表存儲的是虛函數(shù)地址

模板類、成員模板、虛函數(shù)

• 模板類中可以使用虛函數(shù)
• 一個類（無論是普通類還是類模板）的成員模板（本身是模板的成員函數(shù)）不能是虛函數(shù)

抽象類、接口類、聚合類

抽象類：含有純虛函數(shù)的類

接口類：僅含有純虛函數(shù)的抽象類

聚合類：用戶可以直接訪問其成員，并且具有特殊的初始化語法形式。滿足如下特點：

• 所有成員都是 public
• 沒有定義任何構造函數(shù)
• 沒有類內(nèi)初始化
• 沒有基類，也沒有 virtual 函數(shù)

內(nèi)存分配和管理

malloc、calloc、realloc、alloca

1. malloc：申請指定字節(jié)數(shù)的內(nèi)存。申請到的內(nèi)存中的初始值不確定。
2. calloc：為指定長度的對象，分配能容納其指定個數(shù)的內(nèi)存。申請到的內(nèi)存的每一位（bit）都初始化為 0。
3. realloc：更改以前分配的內(nèi)存長度（增加或減少）。當增加長度時，可能需將以前分配區(qū)的內(nèi)容移到另一個足夠大的區(qū)域，而新增區(qū)域內(nèi)的初始值則不確定。
4. alloca：在棧上申請內(nèi)存。程序在出棧的時候，會自動釋放內(nèi)存。但是需要注意的是，alloca 不具可移植性, 而且在沒有傳統(tǒng)堆棧的機器上很難實現(xiàn)。alloca 不宜使用在必須廣泛移植的程序中。C99 中支持變長數(shù)組 (VLA)，可以用來替代 alloca。

malloc、free

用于分配、釋放內(nèi)存

malloc、free 使用

申請內(nèi)存，確認是否申請成功

char *str = (char*) malloc(100);
assert(str != nullptr);

釋放內(nèi)存后指針置空

free(p);
p = nullptr;

new、delete

1. new / new[]：完成兩件事，先底層調(diào)用 malloc 分配了內(nèi)存，然后調(diào)用構造函數(shù)（創(chuàng)建對象）。
2. delete/delete[]：也完成兩件事，先調(diào)用析構函數(shù)（清理資源），然后底層調(diào)用 free 釋放空間。
3. new 在申請內(nèi)存時會自動計算所需字節(jié)數(shù)，而 malloc 則需我們自己輸入申請內(nèi)存空間的字節(jié)數(shù)。

new、delete 使用

申請內(nèi)存，確認是否申請成功

int main()
{
T* t = new T(); // 先內(nèi)存分配 ，再構造函數(shù)
delete t; // 先析構函數(shù)，再內(nèi)存釋放
return 0;
}

定位 new

定位 new（placement new）允許我們向 new 傳遞額外的地址參數(shù)，從而在預先指定的內(nèi)存區(qū)域創(chuàng)建對象。

new (place_address) type
new (place_address) type (initializers)
new (place_address) type [size]
new (place_address) type [size] { braced initializer list }

• place_address 是個指針
• initializers 提供一個（可能為空的）以逗號分隔的初始值列表

delete this 合法嗎？

合法，但：

• 必須保證 this 對象是通過 new（不是 new[]、不是 placement new、不是棧上、不是全局、不是其他對象成員）分配的
• 必須保證調(diào)用 delete this 的成員函數(shù)是最后一個調(diào)用 this 的成員函數(shù)
• 必須保證成員函數(shù)的 delete this 后面沒有調(diào)用 this 了
• 必須保證 delete this 后沒有人使用了

定義只在堆(棧)生成對象類

只能在堆上

方法：將析構函數(shù)設置為私有

原因：C++ 是靜態(tài)綁定語言，編譯器管理棧上對象的生命周期，編譯器在為類對象分配棧空間時，會先檢查類的析構函數(shù)的訪問性。若析構函數(shù)不可訪問，則不能在棧上創(chuàng)建對象。

能在棧上

方法：將 new 和 delete 重載為私有

原因：在堆上生成對象，使用 new 關鍵詞操作，其過程分為兩階段：第一階段，使用 new 在堆上尋找可用內(nèi)存，分配給對象；第二階段，調(diào)用構造函數(shù)生成對象。將 new 操作設置為私有，那么第一階段就無法完成，就不能夠在堆上生成對象。

智能指針

C++ 標準庫（STL）中

頭文件：#include

C++ 98

std::auto_ptr ps (new std::string(str))；

C++ 11

對于該論述，歡迎讀者查閱之前發(fā)過的文章，你是《未來世界的幸存者》么？

3.7 分割線

可以在一行中用三個以上的減號來建立一個分隔線，同時需要在分隔線的上面空一行。如下：

1. shared_ptr
2. unique_ptr
3. weak_ptr
4. auto_ptr（被 C++11 棄用）

• Class shared_ptr 實現(xiàn)共享式擁有（shared ownership）概念。多個智能指針指向相同對象，該對象和其相關資源會在 “最后一個 reference 被銷毀” 時被釋放。為了在結構較復雜的情景中執(zhí)行上述工作，標準庫提供 weak_ptr、bad_weak_ptr 和 enable_shared_from_this 等輔助類。
• Class unique_ptr 實現(xiàn)獨占式擁有（exclusive ownership）或嚴格擁有（strict ownership）概念，保證同一時間內(nèi)只有一個智能指針可以指向該對象。你可以移交擁有權。它對于避免內(nèi)存泄漏（resource leak）——如 new 后忘記 delete ——特別有用。

shared_ptr

多個智能指針可以共享同一個對象，對象的最末一個擁有著有責任銷毀對象，并清理與該對象相關的所有資源。

• 支持定制型刪除器（custom deleter），可防范 Cross-DLL 問題（對象在動態(tài)鏈接庫（DLL）中被 new 創(chuàng)建，卻在另一個 DLL 內(nèi)被 delete 銷毀）、自動解除互斥鎖

weak_ptr

weak_ptr 允許你共享但不擁有某對象，一旦最末一個擁有該對象的智能指針失去了所有權，任何 weak_ptr 都會自動成空（empty）。因此，在 default 和 copy 構造函數(shù)之外，weak_ptr 只提供 “接受一個 shared_ptr” 的構造函數(shù)。

• 可打破環(huán)狀引用（cycles of references，兩個其實已經(jīng)沒有被使用的對象彼此互指，使之看似還在 “被使用” 的狀態(tài)）的問題

unique_ptr

unique_ptr 是 C++11 才開始提供的類型，是一種在異常時可以幫助避免資源泄漏的智能指針。采用獨占式擁有，意味著可以確保一個對象和其相應的資源同一時間只被一個 pointer 擁有。一旦擁有著被銷毀或編程 empty，或開始擁有另一個對象，先前擁有的那個對象就會被銷毀，其任何相應資源亦會被釋放。

• unique_ptr 用于取代 auto_ptr

auto_ptr

被 c++11 棄用，原因是缺乏語言特性如 “針對構造和賦值” 的 std::move 語義，以及其他瑕疵。

auto_ptr 與 unique_ptr 比較

• auto_ptr 可以賦值拷貝，復制拷貝后所有權轉移；unqiue_ptr 無拷貝賦值語義，但實現(xiàn)了move 語義；
• auto_ptr 對象不能管理數(shù)組（析構調(diào)用 delete），unique_ptr 可以管理數(shù)組（析構調(diào)用 delete[] ）；

強制類型轉換運算符

static_cast

• 用于非多態(tài)類型的轉換
• 不執(zhí)行運行時類型檢查（轉換安全性不如 dynamic_cast）
• 通常用于轉換數(shù)值數(shù)據(jù)類型（如 float -> int）
• 可以在整個類層次結構中移動指針，子類轉化為父類安全（向上轉換），父類轉化為子類不安全（因為子類可能有不在父類的字段或方法）

dynamic_cast

• 用于多態(tài)類型的轉換
• 執(zhí)行行運行時類型檢查
• 只適用于指針或引用
• 對不明確的指針的轉換將失敗（返回 nullptr），但不引發(fā)異常
• 可以在整個類層次結構中移動指針，包括向上轉換、向下轉換

const_cast

• 用于刪除 const、volatile 和 __unaligned 特性（如將 const int 類型轉換為 int 類型 ）

reinterpret_cast

• 用于位的簡單重新解釋
• 濫用 reinterpret_cast 運算符可能很容易帶來風險。除非所需轉換本身是低級別的，否則應使用其他強制轉換運算符之一。
• 允許將任何指針轉換為任何其他指針類型（如 char* 到 int* 或 One_class* 到 Unrelated_class* 之類的轉換，但其本身并不安全）
• 也允許將任何整數(shù)類型轉換為任何指針類型以及反向轉換。
• reinterpret_cast 運算符不能丟掉 const、volatile 或 __unaligned 特性。
• reinterpret_cast 的一個實際用途是在哈希函數(shù)中，即，通過讓兩個不同的值幾乎不以相同的索引結尾的方式將值映射到索引。

bad_cast

• 由于強制轉換為引用類型失敗，dynamic_cast 運算符引發(fā) bad_cast 異常。

bad_cast 使用

try {
Circle& ref_circle = dynamic_cast(ref_shape);
}
catch (bad_cast b) {
cout << "Caught: " << b.what();
}

運行時類型信息 (RTTI)

dynamic_cast

• 用于多態(tài)類型的轉換

typeid

• typeid 運算符允許在運行時確定對象的類型
• type_id 返回一個 type_info 對象的引用
• 如果想通過基類的指針獲得派生類的數(shù)據(jù)類型，基類必須帶有虛函數(shù)
• 只能獲取對象的實際類型

type_info

• type_info 類描述編譯器在程序中生成的類型信息。此類的對象可以有效存儲指向類型的名稱的指針。type_info 類還可存儲適合比較兩個類型是否相等或比較其排列順序的編碼值。類型的編碼規(guī)則和排列順序是未指定的，并且可能因程序而異。
• 頭文件：typeinfo

typeid、type_info 使用

#include
using namespace std;

class Flyable // 能飛的
{
public:
virtual void takeoff() = 0; // 起飛
virtual void land() = 0; // 降落
};
class Bird : public Flyable // 鳥
{
public:
void foraging() {...} // 覓食
virtual void takeoff() {...}
virtual void land() {...}
virtual ~Bird(){}
};
class Plane : public Flyable // 飛機
{
public:
void carry() {...} // 運輸
virtual void takeoff() {...}
virtual void land() {...}
};

class type_info
{
public:
const char* name() const;
bool operator == (const type_info & rhs) const;
bool operator != (const type_info & rhs) const;
int before(const type_info & rhs) const;
virtual ~type_info();
private:
...
};

void doSomething(Flyable *obj) // 做些事情
{
obj->takeoff();

cout << typeid(*obj).name() << endl; ? ? ? ?// 輸出傳入對象類型（"class Bird" or "class Plane"）

if(typeid(*obj) == typeid(Bird)) // 判斷對象類型
{
Bird *bird = dynamic_cast(obj); // 對象轉化
bird->foraging();
}

obj->land();
}

int main(){
Bird *b = new Bird();
doSomething(b);
delete b;
b = nullptr;
return 0;
}