面试题：C++ 常对象与继承中的特性

Question

假设有一个基类Base和一个派生类Derived，Base类中有一些常成员函数和普通成员函数。当定义一个Derived类的常对象时，在调用从Base类继承过来的成员函数方面，有哪些需要注意的地方？请从内存布局和函数重写的角度进行分析。

Answer 1

内存布局角度

1. 常对象内存布局：
   • 当定义一个Derived类的常对象时，该对象在内存中的布局遵循继承体系的规则。Derived类对象的内存中，首先是Base类部分，然后是Derived类自己新增的成员。
   • 由于对象是常对象，整个对象在内存中的数据部分是只读的（不考虑mutable成员）。
2. 调用成员函数限制：
   • 只能调用从Base类继承过来的常成员函数。因为普通成员函数有可能修改对象的数据成员，而常对象的数据成员是只读的，调用普通成员函数会违反对象的常量性。例如：

class Base {
public:
    void nonConstFunc() { /* 可修改数据成员 */ }
    void constFunc() const { /* 不能修改数据成员 */ }
};
class Derived : public Base {};
int main() {
    const Derived d;
    // d.nonConstFunc(); // 错误，常对象不能调用普通成员函数
    d.constFunc(); // 正确，常对象可以调用常成员函数
    return 0;
}

函数重写角度

1. 重写规则与常对象调用：
   • 如果Derived类重写了Base类的虚函数，在常对象调用时，会根据动态绑定的规则调用Derived类中重写的版本。但这个重写版本必须是常成员函数。例如：

class Base {
public:
    virtual void func() const { std::cout << "Base::func" << std::endl; }
};
class Derived : public Base {
public:
    void func() const override { std::cout << "Derived::func" << std::endl; }
};
int main() {
    const Derived d;
    Base* ptr = &d;
    ptr->func(); // 输出 "Derived::func"，动态绑定到Derived类的重写版本
    return 0;
}

• 如果Derived类重写的虚函数不是常成员函数，而Base类中的虚函数是常成员函数，这会导致编译错误，因为重写函数的常量性必须与基类虚函数一致（协变返回类型等特殊情况除外）。例如：

class Base {
public:
    virtual void func() const { std::cout << "Base::func" << std::endl; }
};
class Derived : public Base {
public:
    void func() { std::cout << "Derived::func" << std::endl; } // 错误，重写函数不是常成员函数
};

总结：对于Derived类的常对象，从内存布局看，其数据只读限制了只能调用常成员函数；从函数重写角度，重写的虚函数也必须是常成员函数才能被常对象正确调用。