面试题：C++ 多态必要条件验证之中等难度

Question

在C++中，简述多态实现的三个必要条件，并编写一段简单代码验证虚函数表在多态中的作用。

Answer 1

1. 多态实现的三个必要条件：

   • 继承：存在一个基类和至少一个派生类，派生类从基类继承成员。
   • 虚函数重写：基类中定义虚函数，派生类对该虚函数进行重写（函数原型相同，包括函数名、参数列表和返回类型，协变返回类型除外）。
   • 通过基类指针或引用调用虚函数：只有通过基类指针或引用调用虚函数时，才会发生动态绑定，实现多态。

2. 代码验证虚函数表在多态中的作用：

#include <iostream>

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

class Derived : public Base {
public:
    void func() override {
        std::cout << "Derived::func()" << std::endl;
    }
};

int main() {
    Base* basePtr = new Derived();
    // 获取虚函数表指针，不同编译器获取方式可能略有不同，这里以常见x86_64 gcc编译器为例
    typedef void (*FuncPtr)();
    FuncPtr* vtablePtr = reinterpret_cast<FuncPtr*>(*(reinterpret_cast<unsigned long*>(basePtr)));
    FuncPtr funcPtr = vtablePtr[0];
    funcPtr();
    basePtr->func();
    delete basePtr;
    return 0;
}

在上述代码中，Base类定义了虚函数func，Derived类重写了func。通过获取虚函数表指针并调用其中的函数，模拟了多态的动态绑定过程，同时通过basePtr->func()常规的多态调用方式再次验证。两种方式最终都调用到了Derived::func()，体现了虚函数表在多态中的作用。