C++ 是如何实现面向对象编程的

面向对象的三个特性

• 封装:将对象的状态（数据成员）和行为（成员函数）捆绑在一起，并控制对它们的访问。封装的主要目的是隐藏类的内部实现细节，并仅暴露必要的接口供外部使用。这样可以保护数据，防止外部代码意外或恶意地改变对象的状态。
  • 数据成员可以被声明为 private、protected 或 public。
  • 成员函数通常也是 public 的，以便用户可以调用这些函数来操作对象。
  • 使用 private 和 protected 修饰符可以限制对数据成员的直接访问。
• 继承:允许创建新的类（称为派生类或子类）从现有的类（称为基类或父类）继承属性和方法。这样可以复用代码，同时也可以扩展或修改基类的行为。
  • 派生类可以继承基类的所有非私有成员。
  • 派生类可以添加新的成员变量和方法，或者重写基类的方法。
  • 继承支持层次化的分类结构，便于建模现实世界的关系
• 多态: 允许使用一个接口来表示多种类型的特性。在 C++ 中，多态通常是通过 虚函数 （virtual function）来实现的。当一个函数被声明为虚函数时，可以在派生类中重写该函数，并且可以通过基类的指针或引用调用派生类中的重写版本。
  • 支持运行时多态性（runtime polymorphism），即可以在运行时确定调用哪个版本的函数。
  • 通常与虚函数和接口有关

虚函数 和 纯虚函数

虚函数的实现机制

C++ 中多态的实现原理

多态是通过虚函数实现的，虚函数的地址保存在虚函数表中，虚函数表的地址保存在含有虚函数的类的实例对象的内存空间中。

重载 | 重写 | 隐藏

• 函数重载: 同一可访问区 内被声明几个具有 不同 参数列（参数的类型、个数、顺序）的同名函数，根据参数列表确定调用哪个函数，重载不关心函数返回类型。
• 函数重写(覆盖): 派生类中存在 重新定义 的函数。函数名、参数列表、返回值类型都必须同基类中被重写的函数一致，只有函数体不同。派生类调用时会调用派生类的重写函数，不会调用被重写函数。重写的基类中被重写的函数 必须 有 virtual 修饰。
• 函数隐藏: 在面向对象编程中，特别是在 C++ 中，当一个派生类（derived class）中定义了一个与基类（base class）中相同名称的成员函数时，如果没有特别标记为 virtual，那么派生类中的成员函数就会“隐藏”掉基类中的同名成员函数。这意味着当你通过派生类的对象调用这个函数时，调用的是派生类中的版本，而不是基类中的版本。

class Base
{
public:
    void fun(int tmp, bool tag ) { cout << "Base::fun(int tmp, bool tmp1)" << endl; }
    virtual void vir_fun(int* array) { cout << "Base::vir_fun(int* array)" << endl; }
}

class Derived: public Base
{
public:
    void fun(int tmp);              // 隐藏基类中的同名函数
    void fun(float tmp);            // 重载 参数类型不同（相对于上一个函数）
    void fun(int tmp, float tmp1);  // 重载 参数个数不同（相对于上一个函数）
    void fun(float tmp, int tmp1);  // 重载 参数顺序不同（相对于上一个函数）
    int  fun(int tmp);               // error: 'int A::fun(int)' cannot be overloaded 错误：注意重载不关心函数返回类型

    virtual void vir_fun(int* array) { cout << "Derived::vir_fun(int* array)"<< endl; }
};

int main()
{

    Derived ex;
    ex.fun(1);         // Derive::fun(int tmp)
    ex.fun(1, false);  // error: candidate expects 1 argument, 2 provided
    ex.fun.Base.fun(1, true); // Base::fun(int bool)

    Base *base = new Derived();
    base->vir_fun({1,3,4}); // Derived::vir_fun(int* array)

    return 0;
}

重载和重写的区别

• 范围区别：对于作用函数的 空间 而言，重载发生在同一个类的内部，重写发生在不同的类之间（子类和父类之间）。
• 参数区别：重载的函数需要与原函数有相同的函数名、不同的参数列表，不关注函数的返回值类型；重写的函数的函数名、参数列表和返回值类型都必须和原函数相同，父类中被重写的函数需要有 virtual 修饰。
• virtual：重写的函数基类中必须有 virtual 关键字的修饰，重载的函数可以有 virtual 关键字的修饰也可以没有(取决于重载的函数是否被派生)。

隐藏和重写, 重载的区别

• 范围区别：隐藏与重载 范围不同，隐藏发生在不同类中。
• 参数区别：隐藏函数和被隐藏函数参数列表可以相同，也可以不同，但函数名一定相同；当参数不同时，无论基类中的函数是否被 virtual 修饰，只要派生类中有一个同名函数, 基类函数都是被隐藏，而不是重写。
• 利用重写可以实现多态，而隐藏不可以: 如果使用基类指针 p 指向派生类对象，利用这个指针调用函数时，对于隐藏的函数，会根据指针的类型去调用函数；对于重写的函数，会根据指针所指对象的类型去调用函数。重写必须使用 virtual 关键字，此时会更改派生类虚函数表的表项。
• 隐藏是发生在编译时，即在编译时由编译器实现隐藏，而重写一般发生运行时，即运行时会查找类的虚函数表，决定调用函数接口

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