💢歡迎來到張胤塵的技術站
💥技術如江河，匯聚眾志成。代碼似星辰，照亮行征程。開源精神長，傳承永不忘。攜手共前行，未來更輝煌💥

C/C++ | 每日一練 (2)

題目

簡述 c++ 面向對象的三大特性。

參考答案

面向對象三大特性：封裝、繼承、多態。

封裝

封裝指的是將對象的行為和屬性結合成為一個類，并隱藏對象的內部實現細節，僅通過對象的接口（即公開的方法）與外界交互。

• 隱藏內部實現細節：保護對象的內部狀態，防止外部直接訪問或修改對象的私有成員。
• 提供統一的接口：通過公開的方法（如構造函數、成員函數等）對外提供服務，使對象的使用更加安全和方便。

例如：

#include <iostream>class Person
{
private:// 私有成員，外部無法直接訪問std::string name;int age;public:// 提供接口訪問私有成員void setName(const std::string &newName){name = newName;}void setAge(int newAge){age = newAge;}void display() const{std::cout << name << " is " << age << " years old." << std::endl;}
};

繼承

繼承是指一個類（派生類或子類）可以繼承另一個類（基類或父類）的屬性和方法。子類可以擴展或修改父類的功能，而無需重新編寫相同的代碼，支持代碼重用和擴展。繼承可以是單繼承或多繼承（在 c++ 中支持）

繼承的主要作用是：

• 代碼復用：減少重復代碼，提高開發效率。
• 拓展功能：派生類可以在繼承基類的基礎上，添加新的功能或修改現有功能。

#include <iostream>class Animal
{
public:void eat(){std::cout << "animal eat" << std::endl;}
};class Dog : public Animal
{
public:void bark(){std::cout << "dog eat" << std::endl;}
};

多態

多態是指相同的接口在不同的類實例上具有不同的表現形式。多態分為：

• 編譯時多態（函數重載和運算符重載）

• 運行時多態（通過虛函數實現）。

運行時多態是面向對象編程中最重要的多態形式，它通過虛函數和繼承實現。

例如：

#include <iostream>class Shape
{
public:// 定義為虛函數virtual void draw() const{std::cout << "drawing a shape" << std::endl;}
};class Circle : public Shape
{
public:// 重寫基類的虛函數void draw() const override{std::cout << "drawing a circle" << std::endl;}
};class Square : public Shape
{
public:// 重寫基類的虛函數void draw() const override{std::cout << "drawing a square" << std::endl;}
};int main()
{Shape *s1 = new Circle();Shape *s2 = new Square();s1->draw(); // drawing a circles2->draw(); // drawing a squaredelete s1;delete s2;
}

虛函數

在 c++ 中，虛函數是實現運行時多態的關鍵機制。它允許派生類重寫繼承自基類的成員函數，從而在運行時根據對象的實際類型調用相應的函數實現。

虛函數是在基類中通過關鍵字 virtual 聲明的成員函數。它的作用是讓派生類可以覆蓋該函數，從而實現多態行為。

#include <iostream>class Base {
public:virtual void display() { std::cout << "Base::display()" << std::endl;}
}

虛函數的主要作用是實現 動態綁定或運行時多態。具體來說：

• 當通過基類指針或引用調用虛函數時，程序會根據對象的實際類型（派生類類型）來調用對應的函數實現。
• 如果沒有虛函數，調用的將是基類的成員函數，而不是派生類的實現，這種行為稱為靜態綁定。

#include <iostream>class Base {
public:virtual void display() {std::cout << "Base::display()" << std::endl;}
};class Derived : public Base {
public:// 重寫基類的虛函數void display() override {std::cout << "Derived::display()" << std::endl;}
};int main() {Base* ptr = new Derived();delete ptr;return 0;
}

在上述代碼中，ptr 是基類指針指向子類對象，由于 display() 是虛函數，程序會調用派生類的 display() 的實現。

底層實現

虛函數的實現依賴于虛表（簡稱 vtable）和虛表指針（vptr）：

• 每個包含虛函數的類都有一個虛表（vtable），虛表中存儲了該類中所有虛函數的地址。
• 每個對象在對象頭中會隱式地包含一個虛表指針（vptr），指向其所屬類的虛表。
• 當通過基類指針或引用調用虛函數時，程序會通過 vptr 查找虛表，然后在虛表中根據函數索引找到正確的函數地址。
• 執行函數調用。

單繼承

單繼承的動態多態結構圖如下所示：

多繼承

多繼承是 c++ 中的一種繼承方式，它允許一個子類從多個基類繼承屬性和行為。這種繼承方式可以提供更大的靈活性，使得派生類能夠組合多個基類的特性。但是，多繼承也引入了復雜性，尤其是在內存布局、虛函數表、構造和析構順序等方面。多繼承的動態多態結構圖如下所示：

#include <iostream>class Base1
{
public:virtual void display(){std::cout << "Base1::display()" << std::endl;}virtual void show(){std::cout << "Base1::show()" << std::endl;}virtual ~Base1(){std::cout << "Base1::~Base1()" << std::endl;}private:int a;int b;
};class Base2
{
public:virtual void cat(){std::cout << "Base2::cat()" << std::endl;}virtual ~Base2(){std::cout << "Base2::~Base2()" << std::endl;}private:int c;
};class Derived : public Base1, public Base2
{
public:// 重寫基類的虛函數void display() override{std::cout << "Derived::display()" << std::endl;}void cat() override{std::cout << "Derived::cat()" << std::endl;}~Derived() override {std::cout << "Derived::~Derived" << std::endl;}
private:int d;
};int main() {Base1* ptr1 = new Derived();Base2* ptr2 = new Derived();delete ptr1;delete ptr2;return 0;
}

注意事項

• 虛函數必須是成員函數：全局函數或靜態成員函數不能聲明為虛函數。
• 派生類的覆蓋函數必須與基類的虛函數具有相同的簽名（函數名、參數類型和數量）。如果派生類的函數與基類虛函數簽名不一致（函數名相同，參數類型和數量不相同），則不會覆蓋而是隱藏。
• 純虛函數：在基類中，可以將虛函數聲明為純虛函數，即在聲明時賦值為 = 0。包含純虛函數的類稱為抽象類，不能實例化對象。

class AbstractClass {
public:virtual void func() = 0;  // 純虛函數
};

• 析構函數的虛化：如果基類有虛函數，通常需要將析構函數聲明為虛函數，以確保通過基類指針刪除派生類對象時，能夠正確調用派生類的析構函數。

class Base {
public:virtual ~Base() { cout << "Base destructor" << endl; }
};class Derived : public Base {
public:~Derived() { cout << "Derived destructor" << endl; }
};

• 虛函數的實現依賴于虛表和虛表指針，因此會帶來一定的性能開銷；每個對象需要存儲一個虛表指針（通常為 4 字節或 8 字節）。
• 動態多態在調用虛函數時需要通過虛表查找函數地址，這比直接調用非虛函數稍慢。但是這種開銷通常是可以接受的，特別是在需要多態的場景中。

🌺🌺🌺撒花！

如果本文對你有幫助，就點關注或者留個👍
如果您有任何技術問題或者需要更多其他的內容，請隨時向我提問。