C++面试八股文：C++中，设计一个类要注意哪些东西？

某日二师兄参加XXX科技公司的C++工程师开发岗位第9面：

面试官：C++中，设计一个类要注意哪些东西？

二师兄：设计一个类主要考虑以下几个方面：1.面向对象的封装、继承及多态。2.big three或者big five。3.运算符和函数重载、静态成员、友元、异常处理等相关问题。

面试官：请介绍一下面向对象的三个特性。

二师兄：封装是将类的函数和数据封装起来，外部不能直接访问类的数据，而是需要通过方法访问数据。继承是指一个类可以继承另一个类的属性和方法。多态是指一个对象可以表现出多种形态。

面试官：请问多态是如何实现的？

二师兄：多态的是通过父类的指针或引用指向子类的对象实现的。在对象中维护一个虚指针（vtptr），这个指针指向一个虚表（vtable），当用户通过父类对象访问子类的方法时，通过查询虚表中对应的方法的地址，并跳转到此地址执行间接访问对象的方法。所以多态是有一点点运行时开销的。

面试官：你刚才所说的big three和big five是什么？

二师兄：（嘿嘿，被装到了）类的big three分别是拷贝构造函数（copy constructor）、拷贝赋值运算符（copy assignment）和析构函数。而类的big five则多了两个，分别是移动构造函数（move constructor）和移动赋值运算符（move assignment）。后面两个是C++11之后引入的。

面试官：好的。那你知道为什么要引入移动构造和移动赋值吗？

二师兄：主要是为了效率。移动构造和移动赋值不需要把所有的数据重新拷贝一遍，而是霸占了被移动对象的数据的所有权。代价是被移动对象在被移动后不能使用。

面试官：嗯。那你知道为什么移动构造和移动赋值都要加上noexcept关键字吗？

二师兄：额。。。好像不让抛异常？

面试官：你知道类的静态成员变量需要注意哪些问题吗？

二师兄：要注意哪些问题？额。。。

面试官：在成员方法后加const是为什么？

二师兄：主要是为了约束这个成员方法不更改对象的任何数据。

面试官：还有其他的原因吗？

二师兄：好像没有了吧。。。

面试官：类的成员方法可以通过const符号重载吗？

二师兄：这个，，应该可以吧。。

面试官：你知道什么是类的成员方法的引用限定符吗？

二师兄：没有听说过耶。。。

面试官：好的，回去等通知吧。

让我们来看一看今日二师兄的表现吧，

为什么移动构造和移动赋值都要加上noexcept关键字？

因为在使用移动语义时，通常会将资源的所有权从一个对象转移到另一个对象，而不是复制资源。如果抛出异常，那么在转移资源的过程中可能会出现问题，导致资源泄漏或其他不可预测的行为。

另外，加上 noexcept 关键字还可以提高代码的性能，因为编译器可以在不必要的情况下进行优化。

类的静态成员变量需要注意哪些问题?

静态成员变量的初始化顺序是不确定的。如果一个静态成员变量依赖于另一个静态成员变量的值，要确保第二个静态化成员先被初始化，否则程序可能会出现未定义的行为。

静态成员变量的值可以被多个实例同时修改，因此在多线程访问静态成员时要注意数据竞争问题。静态变量的生命周期与程序的生命周期相同，因此它们可能会占用大量的内存。

在成员方法后加const是为什么？

一是可以约束此方法不会更改对象的任何数据。二是cosnt对象也可以访问此成员方法。

#include <iostream>
struct Foo
{
    void f1(){std::cout <<"f1" << std::endl;}
    void f2() const{std::cout <<"f2" << std::endl;}
};
int main(int argc, char const *argv[])
{
    Foo foo;
    foo.f1();
    foo.f2();
    const Foo& foo2 = foo;
    foo2.f1();  //这里无法通过编译，因为const对象无法访问非const 方法
    foo2.f2();  //这里可以通过编译
}

类的成员方法可以通过const符号重载吗？

这是一个很好的问题，估计很多人没有思考过。先说答案，底层const可以，而顶层const不可以。

#include <iostream>
struct Foo{};
struct Goo
{
    void f1(Foo& f){std::cout <<"non const function" << std::endl;}
    void f1(const Foo& f){std::cout <<"const function" << std::endl;}
};
int main(int argc, char const *argv[])
{
    Foo foo;
    Goo goo;
    goo.f1(foo);    //无法通过编译，error: ‘void Goo::f1(Foo)’ cannot be overloaded with ‘void Goo::f1(Foo)’
    return 0;
}

当我们把顶层const改为底层const，

#include <iostream>
struct Foo{};
struct Goo
{
    void f1(Foo& f){std::cout <<"non const function" << std::endl;}
    void f1(const Foo& f){std::cout <<"const function" << std::endl;}
};
int main(int argc, char const *argv[])
{
    Foo non_const_foo;
    const Foo const_foo;
    Goo goo;
    goo.f1(non_const_foo);    //可以通过编译    non const function
    goo.f1(const_foo);    //可以通过编译 const function
    return 0;
}

那么我们能否通过在函数括号后加上const来重载函数呢？

#include <iostream>
struct Goo
{
    void f1() {std::cout <<"non const function" << std::endl;}
    void f1() const{std::cout <<"const function" << std::endl;}
};
int main(int argc, char const *argv[])
{
    Goo non_const_goo;
    const Goo const_goo;
    non_const_goo.f1();   
    const_goo.f1();   
    return 0;
}

答案是肯定的，因为const_goo.f1() 可以等同于f1(const Goo* goo)，也是底层const。

最后一个问题虽然简单，但我相信至少有80%的C++程序员不知道是什么，

什么是类的成员方法的引用限定符吗？

类的成员方法的引用限定符是 C++11 中引入的一种新特性，用于指定成员方法的参数是左值引用还是右值引用。

#include <iostream>
struct Foo
{
    void f1() & {std::cout << "only left reference can call this function" << std::endl;}
    void f1() && {std::cout << "only right reference can call this function" << std::endl;}
};
int main(int argc, char const *argv[])
{
    Foo foo;
    foo.f1();       //left reference
    Foo().f1();     //right reference
    return 0;
}

好了，今日份面试到这里就结束了，小伙伴们，对于今天二师兄的面试，能打几分呢？如果是你，以上的问题都能回答的上来吗？

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