面试题：C++ 多态必要条件验证之高级难度

Question

考虑多重继承和多态结合的场景，假设有类A、B、C，C继承自A和B，且A、B都有虚函数。请分析在这种情况下多态的实现过程以及可能遇到的问题，同时编写代码验证你的分析。

Answer 1

多态的实现过程分析

在C++中，当存在多重继承且基类有虚函数时，多态的实现依赖于虚函数表（vtable）和虚函数表指针（vptr）。

1. 虚函数表（vtable）：每个包含虚函数的类都有一个虚函数表。虚函数表是一个数组，其中每个元素是一个指向虚函数的指针。在编译时，编译器会为每个包含虚函数的类创建一个虚函数表，并将虚函数的地址填充到该表中。
2. 虚函数表指针（vptr）：每个对象都有一个虚函数表指针，它指向该对象所属类的虚函数表。当对象调用虚函数时，实际上是通过虚函数表指针找到对应的虚函数表，然后根据虚函数在表中的索引来调用实际的函数。

在多重继承的情况下，类C从类A和类B继承，因此它会有两个虚函数表指针，分别指向A和B的虚函数表。当通过C的对象调用虚函数时，会根据对象的类型和虚函数的声明，找到对应的虚函数表，并调用相应的函数。

可能遇到的问题

1. 菱形继承问题：如果A和B又继承自同一个基类，就会出现菱形继承，导致数据冗余和二义性问题。例如，假设A和B都继承自类D，那么C中会包含两份D的成员变量，这不仅浪费空间，而且在访问D的成员时会出现二义性。
2. 虚函数表指针的管理：由于有多个虚函数表指针，对象的内存布局会变得复杂，增加了编译器和运行时系统的负担。特别是在对象的创建、销毁和赋值操作中，需要正确管理这些指针。
3. 二义性调用：如果A和B中的虚函数具有相同的签名，那么在C中调用该虚函数时会出现二义性，编译器不知道应该调用A还是B的虚函数。

代码验证

#include <iostream>

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

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

class C : public A, public B {
public:
    void func() override {
        std::cout << "C::func()" << std::endl;
    }
};

int main() {
    A* a = new C();
    a->func();  // 调用C::func()

    B* b = new C();
    b->func();  // 调用C::func()

    C* c = new C();
    c->func();  // 调用C::func()

    delete a;
    delete b;
    delete c;

    return 0;
}

上述代码中，类C继承自A和B，并且重写了它们的虚函数func。通过分别使用A*、B和C指针调用func，验证了多态的正确性。同时，如果在A和B中定义相同签名的虚函数，编译器会提示二义性错误，验证了可能遇到的问题。