面试题：C++结构体继承与多态的实现

Question

设计一组C++结构体，其中一个结构体继承自另一个结构体，并利用虚函数和指针或引用实现多态行为，详细说明代码实现思路以及在运行时多态性的体现原理。

Answer 1

代码实现思路

1. 定义基类结构体：在基类结构体中定义虚函数，该虚函数将在派生类中被重写。
2. 定义派生类结构体：派生类结构体继承自基类结构体，并对基类的虚函数进行重写，以提供不同的行为。
3. 使用指针或引用：通过基类指针或引用指向派生类对象，这样在调用虚函数时，会根据对象的实际类型（即运行时类型）来决定调用哪个版本的虚函数，从而实现多态行为。

代码示例

#include <iostream>

// 基类结构体
struct Base {
    // 虚函数
    virtual void print() const {
        std::cout << "This is Base." << std::endl;
    }
};

// 派生类结构体
struct Derived : public Base {
    // 重写基类的虚函数
    void print() const override {
        std::cout << "This is Derived." << std::endl;
    }
};

int main() {
    // 基类指针指向派生类对象
    Base* ptr = new Derived();
    // 调用虚函数，实际调用的是Derived类的print函数
    ptr->print();

    // 基类引用指向派生类对象
    Derived d;
    Base& ref = d;
    // 调用虚函数，实际调用的是Derived类的print函数
    ref.print();

    delete ptr;
    return 0;
}

运行时多态性体现原理

1. 虚函数表：当一个类包含虚函数时，编译器会为该类生成一个虚函数表（vtable）。虚函数表是一个函数指针数组，每个元素指向类中虚函数的实现。
2. 虚函数表指针：每个包含虚函数的类的对象都包含一个指向其类的虚函数表的指针（vptr）。在对象构造时，vptr被初始化，指向该对象所属类的虚函数表。
3. 动态绑定：当通过基类指针或引用调用虚函数时，程序在运行时通过对象的vptr找到对应的虚函数表，然后根据虚函数表中函数指针调用实际对象类型（即派生类）的虚函数实现。这就是运行时多态性的原理，它允许根据对象的实际类型来决定调用哪个虚函数版本，而不是根据指针或引用的静态类型。