详解一道C++笔试题，考察重载、覆盖、多态

C++版看到的，说是面试宝典里的题目，考察重载、覆盖、多态等概念，比较有代表性。今天早上远程辅导 Yan Wang 同学学习 Qt 时还想到了这个题目，如果你能够正确理解这个题目，说明对于 C++ 中的函数重载、覆盖、虚函数、多态等有了正确的认识。然后呢，再来学习 Qt 就顺风顺水了。

题目是酱紫的：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
class A
{
protected:
    int m_data;
public:
    A(int data = 0)
    {
        m_data = data;
    }
    int GetData()
    {
        return doGetData();
    }
    virtual int doGetData()
    {
        return m_data;
    }
};
class B : public A
{
protected:
    int m_data;
public:
    B(int data = 1)
    {
        m_data = data;
    }
    int doGetData()
    {
        return m_data;
    }
};
class C : public B
{
protected:
    int m_data;
public:
    C(int data = 2)
    {
        m_data = data;
    }
};
void main()
{
    C c(10);
   
    cout << c.GetData() << endl;
    cout << c.A::GetData()<< endl;
    cout << c.B::GetData()<< endl;
    cout << c.C::GetData()<< endl;
   
    cout << c.doGetData()<< endl;
    cout << c.A::doGetData()<< endl;
    cout << c.B::doGetData()<< endl;
    cout << c.C::doGetData()<< endl;
}

程序运行后的输出结果是什么？

答案是：1 1 1 1 1 0 1 1

追问一下，去掉 A 类中 doGetData() 函数的 virtual 修饰，程序运行后的输出结果是什么？

答案是：0 0 0 0 1 0 1 1

说说我对这个题目的理解。

首先我们从对象的角度来看一下。
先看 main() 函数中构造 c 对象的语句：

C c(10);

这句产生下面的效果：

• c.m_data = 10;
• ((B)c).m_data = 1;
• ((A)c).m_data = 0;

为什么呢？

C c(10); 这行代码，定义了 c 对象，但实际上内存中有三个对象：

1. class C 的实例对象，即 c
2. 由于 C 是 B 的派生类，会产生一个 class B 实例对象，即 (B)c
3. 由于 B 是 A 的派生类，会产生一个 A 实例对象，即 (A)c

每个对象都有 m_data 成员变量， 根据继承关系，子类覆盖父类的同名成员（变量、函数）， c 对象中实际上有三个同名的 m_data 变量，你通过不同的身份去看，会看到不同的 m_data 。

C 对象生成时，调用 B 、A 类的构造函数，对 B 、 A 初始化，结果就是：

• c 对象的 m_data = 10;
• ((B)c) 对象的 m_data = 1;
• ((A)c) 对象的 m_data = 0.

这就是我们一开始给出的效果。

明白了对象的关系和 m_data 成员的值。咱们再来看 GetData() 函数。

GetData() 函数是 class A 的一个普通方法，根据继承关系， B 、 C 类都可以访问 GetData() 方法，因为 B 、 C 没有重写 GetData() ，所以通过 B 、 C 的对象访问 GetData() ，访问的都是 A 的 GetData() 方法。

在 GetData() 中，调用了 doGetData() ，注意了，这是个虚函数！如果 A 的后裔重写了 doGetData() 函数，那么这里实际上会调用到继承关系上处于最底层的那个类的 doGetData() 函数，这就是虚函数和多态的概念。如你所见， B 重写了 doGetData() 函数，所以当你调用 c.GetData() ， B 的 doGetData() 会被调用， ((B)c).m_data 被返回。其实在 Qt 中，这种用法比比皆是。

好啦，下面分析 main() 函数的输出结果。

doGetData() 带 virtual 关键字

c.A::GetData() / c.GetData() / c.B::GetData() / c.C::GetData()

这些语句，都是调用 A::GetData() ，最终都调用 ((B)c).doGetData(), 就是B::doGetData() ，访问的是 B 的对象，它的 m_data = 1 ，所以 doGetData() 返回 1 ，最终 GetData() 返回 1 。

C 类没有定义 doGetData() 函数，c.doGetData() 等同于 ((B)c).doGetData() ， 访问的是 B 的对象，它的 m_data = 1 ，所以 c.doGetData() 结果是 1 。

c.A::doGetData() ，类域作用符限定了调用 A::doGetData()，访问 A 的对象，返回 ((A)c).m_data = 0 。

c.B::doGetData() / c.C::doGetData() 最终都是访问 B 对象的 doGetData() 方法， 返回都是 1 。

所以 doGetData() 带 virtual 关键字，程序输出1 1 1 1 1 0 1 1 。

去掉 doGetData() 的 virtual 关键字

因为 GetData() 是 A 类的方法，而 doGetData() 不是虚函数， A 类的 GetData() 内调用的 doGetData() 方法只可能是 A 的对象的方法，((A)c).m_data = 0 ，所以前四个cout结果都是 0 。

c.doGetData() ，C 的对象内没有实现这个函数，调用父类的，即 B 的对象的 doGetData() 方法，访问的 m_data 是 ((B)c) 对象的，是 1 。

c.A::doGetData() ，调用 A 的方法，访问 A 的对象 ((A)c).m_data ，结果是 0 。

c.B::doGetData() / c.C::doGetData() ，调用 B 的方法，访问 B 的对象 ((B)c).m_data ，结果为 1 。

所以，最终结果是：0 0 0 0 1 0 1 1

不知道说明白了没有？