C++八股文（面向对象编程）

1. C++ 中的继承有几种类型？

• public继承：基类的public成员在派生类中仍是public，protected仍是protected。是"is-a"关系，最常用
• protected继承：基类的public和protected成员在派生类中都变成protected。外部无法访问
• private继承：基类的public和protected成员在派生类中都变成private。实现"用...实现"的关系，类似组合
• 访问规则：无论哪种继承，基类的private成员派生类都不能直接访问
• 使用建议：90%以上情况用public继承；需要隐藏基类接口时用private继承，但组合通常更好
• 多重继承：可以从多个基类继承，但要注意菱形继承问题

2. C++ 中如何实现多态？

• 编译时多态：函数重载、运算符重载、模板。编译期确定调用
• 运行时多态：通过虚函数实现。三个条件：①基类有虚函数 ②派生类重写虚函数 ③通过基类指针或引用调用
• 实现机制：每个有虚函数的类有虚函数表（vtable），对象有虚函数指针（vptr）指向vtable。运行时通过vptr查表调用正确的函数
• 典型应用：接口设计、策略模式、工厂模式等设计模式
• 性能开销：虚函数调用有间接寻址开销，但通常可以接受
• 注意事项：基类析构函数应该是虚函数，否则delete基类指针时不会调用派生类析构函数

3. C++ 中的虚函数是什么？

• 定义：用virtual关键字修饰的成员函数，支持动态绑定
• 作用：允许派生类重写（override）基类函数，通过基类指针/引用调用时执行派生类版本
• 语法：virtual void func(); 派生类重写时virtual可省略，但建议加override关键字
• 虚函数表：编译器为每个有虚函数的类生成vtable，存储虚函数地址。对象的vptr指向对应的vtable
• 构造/析构中的虚函数：构造函数不能是虚函数；析构函数应该是虚函数；构造/析构过程中调用虚函数不会动态绑定
• 性能：虚函数调用比普通函数多一次间接寻址，通常影响很小
• final关键字：C++11可用final防止虚函数被进一步重写

4. C++ 中的纯虚函数（Pure Virtual Function）是什么？

• 定义：在基类中声明但不实现的虚函数，语法：virtual void func() = 0;
• 作用：定义接口规范，强制派生类必须实现该函数
• 抽象类：包含纯虚函数的类是抽象类，不能实例化
• 派生类要求：派生类必须实现所有纯虚函数才能实例化，否则仍是抽象类
• 可以有实现：纯虚函数可以提供默认实现，派生类可以显式调用
• 使用场景：定义接口、框架设计、多态基类
• 示例：class Shape { virtual double area() = 0; };

5. C++ 中的抽象类（Abstract Class）是什么？

• 定义：包含至少一个纯虚函数的类
• 特点：不能实例化，只能作为基类；可以有数据成员、普通成员函数、构造函数和析构函数
• 用途：定义接口规范、提供公共实现、实现多态
• 与接口区别：C++没有interface关键字，抽象类可以有实现和数据成员；纯接口类所有函数都是纯虚函数
• 指针和引用：可以声明抽象类的指针和引用，指向派生类对象
• 设计原则：基类应该是抽象的，定义"做什么"；派生类是具体的，定义"怎么做"
• 析构函数：抽象类的析构函数应该是虚函数

6. C++ 中的虚拟继承是什么？

• 问题背景：菱形继承导致最底层派生类有多份顶层基类的副本，造成二义性和空间浪费
• 解决方案：用virtual关键字继承，class B : virtual public A，确保只有一份基类副本
• 实现机制：通过虚基类表（vbtable）和虚基类指针（vbptr）实现，运行时定位唯一的基类子对象
• 构造顺序：虚基类由最底层派生类直接构造，中间类的构造调用被忽略
• 性能开销：增加了内存开销（vbptr）和访问开销（间接寻址）
• 使用场景：解决菱形继承问题，但应该优先考虑组合而非多重继承
• 注意事项：所有中间类都要用virtual继承才能解决问题

7. 什么是构造函数和析构函数的顺序？

• 构造顺序：①虚基类（按声明顺序）②直接基类（按声明顺序，不是初始化列表顺序）③成员对象（按声明顺序）④构造函数体
• 析构顺序：完全相反，①析构函数体 ②成员对象 ③直接基类 ④虚基类
• 多重继承：按基类在派生类声明中的顺序
• 初始化列表：成员初始化顺序由声明顺序决定，不是初始化列表中的顺序，要注意依赖关系
• 异常安全：构造过程中抛异常，已构造的成员会自动析构，但对象本身的析构函数不会调用
• 虚函数调用：构造/析构过程中调用虚函数不会动态绑定，调用的是当前类的版本
• 最佳实践：初始化列表顺序应与声明顺序一致，避免混淆

8. C++ 中如何实现运算符重载？

• 语法：返回类型 operator符号(参数列表)，如 Complex operator+(const Complex& other)
• 成员函数形式：左操作数是this，c1 + c2 调用 c1.operator+(c2)
• 友元函数形式：两个操作数都是参数，c1 + c2 调用 operator+(c1, c2)，支持左操作数类型转换
• 不能重载的运算符：::、.、.*、?:、sizeof、typeid
• 必须是成员函数：=、[]、()、->
• 常见重载：算术运算符、比较运算符、流运算符（<<、>>）、下标运算符、函数调用运算符
• 返回值：算术运算符返回值，赋值运算符返回引用支持链式调用
• 最佳实践：保持运算符的直观语义，不要滥用

9. C++ 中如何使用友元函数（Friend Function）？

• 定义：在类中用friend声明的非成员函数，可以访问类的private和protected成员
• 声明：class MyClass { friend void func(MyClass& obj); };
• 特点：不是成员函数，没有this指针；破坏封装性，但有时必要
• 使用场景：①运算符重载（如<<、>>需要左操作数是流对象）②需要访问多个类的私有成员 ③提高效率避免getter/setter
• 友元类：friend class OtherClass; 允许另一个类访问私有成员
• 单向性：A是B的友元，B不自动是A的友元
• 不传递：A是B的友元，B是C的友元，A不是C的友元
• 不继承：基类的友元不是派生类的友元
• 最佳实践：尽量少用，优先考虑public接口

10. 什么是深拷贝与浅拷贝？

• 浅拷贝：逐位复制对象，指针成员只复制地址值。多个对象共享同一块内存，析构时会重复释放导致崩溃
• 深拷贝：不仅复制对象，还为指针成员分配新内存并复制内容。每个对象独立管理资源
• 默认行为：编译器生成的拷贝构造函数和赋值运算符执行浅拷贝
• 何时需要深拷贝：类中有指针成员、动态分配资源、文件句柄等需要独立管理的资源
• 三五法则：需要自定义析构函数，通常也需要自定义拷贝构造函数和拷贝赋值运算符（C++11还包括移动构造和移动赋值）
• 实现要点：拷贝赋值要处理自赋值、释放旧资源、分配新资源、复制内容
• 现代方案：使用智能指针（shared_ptr、unique_ptr）自动管理资源，避免手动深拷贝

// 深拷贝示例
class String {
    char* data;
public:
    // 深拷贝构造
    String(const String& other) {
        data = new char[strlen(other.data) + 1];
        strcpy(data, other.data);
    }
    // 深拷贝赋值
    String& operator=(const String& other) {
        if (this != &other) {  // 防止自赋值
            delete[] data;
            data = new char[strlen(other.data) + 1];
            strcpy(data, other.data);
        }
        return *this;
    }
    ~String() { delete[] data; }
};