C++继承、虚函数处的面试题

昨天，收到 SenseTime公司面试官的电话面试（一天面了三家公司，收获挺多的），通话时间将近1个半小时，面试过程中暴露出很多知识上的漏洞，本篇文章针对面试过程中继承以及虚函数方面的知识做一总结，查缺补漏，希望对大家有帮助。

单继承下的虚函数表

//单继承下虚函数表：是如何组织的
class A{
public:
	virtual void func(){
		cout << "A::func" << endl;
	}
	virtual void funcA(){
		cout << "A::funcA" << endl;
	}
};

class B:public A{
public:
	virtual void func(){
		cout << "B::func" << endl;
	}
	virtual void funcB(){
		cout << "B::funcB" << endl;
	}
};

class C:public A{
public:
	virtual void func(){
		cout << "C::func" << endl;
	}
	virtual void funcC(){
		cout << "C::funcC" << endl;
	}
};

typedef void (*FUNC)();
int main()
{
	A a;
	B b;
	C c;
	cout << "A::虚表:" << endl;
	((FUNC)(*(int *)(*(int*)(&a))))();
	((FUNC)(*((int*)(*(int*)(&a)) + 1)))();
	cout << "-------------------------------------" << endl;

	cout << "B::虚表:" << endl;
	((FUNC)(*(int *)(*(int*)(&b))))();
	((FUNC)(*((int*)(*(int*)(&b)) + 1)))();
	((FUNC)(*((int*)(*(int*)(&b)) + 2)))();
	cout << "-------------------------------------" << endl;

	cout << "C::虚表:" << endl;
	((FUNC)(*(int *)(*(int*)(&c))))();
	((FUNC)(*((int*)(*(int*)(&c)) + 1)))();
	((FUNC)(*((int*)(*(int*)(&c)) + 2)))();
	system("pause");
	return 0;
}

问题1：三个类中都有虚函数，所以三个类均有各自独立的虚函数表

问题2：三个虚函数表的组织情况，如上图所示

问题3：B、C各自拥有自己的虚函数表，互不影响

问题4：类的对象只存储指向虚函数表的指针vfptr（一般存储在对象内存布局的最前面），虚函数表只有一份，为所有对象所共享，vtable在Linux/Unix中存放在可执行文件的只读数据段中(rodata)，而微软的编译器将虚函数表存放在常量段点击打开链接

typedef void(*FUNC)();
class A{
public:
	virtual void func(){
		cout << "A::func" << endl;
	}
	virtual void funcA(){
		cout << "A::funcA" << endl;
	}
private:
	int a;
};
class B{
public:
	virtual void func(){
		cout << "B::func" << endl;
	}
	virtual void funcB(){
		cout << "B::funcB" << endl;
	}
private:
	int b;
};
class C :public A, public B{
public:
	virtual void func(){
		cout << "C::func" << endl;
	}
	virtual void funcC(){
		cout << "C::funcC" << endl;
	}
private:
	int c;
};typedef void(*FUNC)();
class A{
public:
	virtual void func(){
		cout << "A::func" << endl;
	}
	virtual void funcA(){
		cout << "A::funcA" << endl;
	}
private:
	int a;
};
class B{
public:
	virtual void func(){
		cout << "B::func" << endl;
	}
	virtual void funcB(){
		cout << "B::funcB" << endl;
	}
private:
	int b;
};
class C :public A, public B{
public:
	virtual void func(){
		cout << "C::func" << endl;
	}
	virtual void funcC(){
		cout << "C::funcC" << endl;
	}
private:
	int c;
};

多继承条件下的虚函数表

//多继承条件下的虚函数表
void test()
{
	C c;
	cout << "多继承条件下的虚函数表：" << endl;
	cout << "------------------------" << endl;
	((FUNC)(*((int*)(*(int *)(&c)))))();
	((FUNC)(*((int*)(*(int*)(&c)) + 1)))();
	((FUNC)(*((int*)(*(int*)(&c)) + 2)))();
	cout << "------------------------" << endl;
	((FUNC)(*(int*)(*((int*)(&c) + 2))))();
	((FUNC)(*((int*)(*((int*)(&c) + 2)) + 1)))();
}

对象C的内存空间分布如下图所示：

多继承条件下，基类指针指向派生类后，基类指针所能访问的函数

//多继承条件下，基类指针指向派生类后，基类指针所能访问的函数
void test1()
{
	C c;
	A *pa = &c;
	B *pb = &c;
	C *pc = &c;
	cout << "基类指针pa所能调用的函数：" << endl;
	pa->func();
	pa->funcA();
	//pa->funcB();error：提示类A没有成员funcB、funcC  -->受到类型的限制
	//pa->funcC();error

	cout << "基类指针pb所能调用的函数：" << endl;
	pb->func();
	pb->funcB();
	//pb->funcA();error
	//pb->funcC();error

	cout << "派生类指针pc所能调用的函数：" << endl;
	pc->func();
	pc->funcA();
	pc->funcB();
	pc->funcC();
}

问题1：pa和pc的值相同，都是对象c的首地址，pb和pa至今相差四个字节（int  a造成的-->观察上图的内存空间分配）

问题2：基类指针指向派生类的对象，通过该基类指针所能访问的函数受类型的限制（运行时调用哪个函数受多态的影响）

3：由于多态，会访问C类的func

4：通过加作用域：pa->A::func()

多继承条件下，基类指针指向派生类对象后，基类指针之间强制类型转化之后，所能访问的函数

void test2()
{
	C c;
	A *pa = &c;
	B *pb = &c;
	C *pc = &c;

	pa = reinterpret_cast<A *>(pb);
	pa->func();
	pa->funcA();      

	//pb = reinterpret_cast<B *>(pa);
	//pb->func();
	//pb->funcB();

	//pa = reinterpret_cast<A *>(pc);
	//pa->func();
	//pa->funcA();

}

结果很奇怪（查看汇编分析）

最后一个简单地问题如下

相信你经过以上问题的分析，一定会回答出来（答案已经在图里面了^_^）