C++类二

1.类的静态成员

静态成员属于类本身，而非特定对象。

静态成员变量

静态成员函数

• 不能访问非静态成员（无this指针）。
• 可直接通过类名调用：Counter::getCount()。

2.友元函数

1.基本概念

• 友元函数：允许非成员函数访问类的私有和保护成员。
• 友元类：允许一个类访问另一个类的私有和保护成员。
• 友元成员函数：允许一个类的特定成员函数访问另一个类的私有和保护成员。

2.语法

在类中使用 friend 关键字声明友元函数。

3.特性

• 非传递性：若类 A 是 B 的友元，B 是 C 的友元，A 并不自动成为 C 的友元。
• 单向性：友元关系不可逆转（若 A 是 B 的友元，B 不一定是 A 的友元）。
• 不继承：基类的友元不会自动成为派生类的友元。

3.继承

继承是面向对象编程的核心特性，允许一个类（派生类 / 子类）继承另一个类（基类 / 父类）的属性和方法。

1.访问控制

派生类通过 class Derived : public Base 语法继承基类

• public 继承：基类的 public/protected 成员在派生类中保持原有访问级别。
• protected 继承：基类的 public/protected 成员在派生类中变为 protected。
• private 继承：基类的所有成员在派生类中变为 private。

2.多态

多态允许通过基类指针或引用调用派生类的方法，实现 “一个接口，多种实现”。

1. 关键概念

1.静态多态（编译时多态）：通过函数重载和模板实现。
2.动态多态（运行时多态）：通过虚函数（virtual）和继承实现。
3.虚函数：在基类中声明为 virtual 的函数，派生类可重写（override）。
4.纯虚函数与抽象类：纯虚函数（virtual void func() = 0）使基类成为抽象类，无法实例化。

2. 动态绑定

发生在以下条件下：
1.通过基类指针或引用调用函数。
2.被调用的函数是虚函数。

对象布局：
1.Shape 对象：包含 vptr → 指向 Shape 的虚函数表。
2.Circle 对象：包含 vptr → 指向 Circle 的虚函数表（）。

虚函数表
1.派生类新增的虚函数会被添加到第一个基类的 VTable 中：
2.若Base1和Base2有同名虚函数，Derived需显式指定重写哪个基类的函数：
3.当Derived重写部分基类的虚函数时，VTable 会更新：
4.基类与派生类不共享 VTable：VTable 是类级别的，不同类的 VTable 即使内容相同也不共享。

3. 虚析构函数的必要性

当通过基类指针删除派生类对象时，若基类析构函数不是虚函数，只会调用基类的析构函数，导致派生类资源泄漏。

4.多重继承

多重继承（Multiple Inheritance）是 C++ 允许一个类从多个基类继承属性和方法的特性。它在提供强大表达能力的同时，也带来了菱形继承、命名冲突等复杂性。

1. 菱形继承

当一个派生类通过多条路径继承同一个基类时，会导致基类成员在派生类中重复存在。

1.问题表现

• 数据冗余：WorkingStudent对象中包含两份Person实例（Worker::Person和Student::Person）。
• 访问歧义：直接访问age会导致编译错误，需显式指定路径：

2.解决方法
在继承列表中使用virtual关键字修饰基类

3.原理
1.vbptr（虚基类指针）
当类使用虚继承时，其对象内存布局中会包含一个虚基类指针（vbptr），该指针指向一个虚基类表（VBT，Virtual Base Table）。

2.虚基类表（VBT）
是一个存储偏移量的数组，每个元素对应一个虚基类的偏移信息。
VBT 中至少包含两类信息：
当前类到直接虚基类的偏移量
当前类到间接虚基类的偏移量（如菱形继承中的共同基类）

3.偏移量
偏移量可以计算位置。

1. 初始化责任转移

• 普通继承：中间层（如B、C）负责初始化其基类（A）。
• 虚继承：最底层派生类（如D）直接负责初始化虚基类（A）。

2. 空间开销

• 每个虚继承的类增加一个vbptr（通常 4/8 字节）。
• 每个类需要维护虚基类表（VBT）。

3. 时间开销

• 普通继承访问：对象地址 + 固定偏移量（一步到位）。
• 虚继承访问：对象地址 → vbptr → VBT → 偏移量 → 虚基类地址（多步间接访问）。

虚继承下的调用流程 不影响
在虚继承场景中，虚基类的成员可能位于对象的不同位置（通过 vbptr 定位），但虚函数调用仍遵循 VTable 机制：