一、基礎語法與內存模型

• using namespace std：引入標準庫命名空間
• 內部鏈接：static 函數/變量；外部鏈接：extern
• 二維數組參數：第一維可省略，第二維必須給定
• 字符數組以 '\0' 結尾，區別於空字符填充
• &a == a：數組名即首元素地址
• 函數指針作參數：回調機制基礎

二、面向對象核心

類 vs 對象

• 類：抽象模板，不佔用對象內存
• 對象：具體實例，佔用存儲空間 = 非靜態數據成員大小之和（含對齊填充）
• 成員函數不佔用對象空間，共享代碼段

this 指針

非靜態成員函數隱含參數，指向調用對象。編譯器將 obj.func() 轉為 func(&obj)。

構造/析構順序

1. 全局對象：`main` 前構造，`main` 返回/`exit` 時逆序析構（棧式）
2. 局部對象：進作用域構造，出作用域逆序析構
3. static 局部對象：首次調用構造，程序結束析構（單例模式基礎）

const 參數傳遞

void func(const Type& obj); // 推薦：避免拷貝，保護數據
void func(const Type* ptr);   // 同理

new 失敗處理

標準 new 拋 std::bad_alloc，可用 nothrow 版本返回 nullptr。

靜態成員實現數據共享

class Shared {
    static int count; // 聲明
    static void Show(); // 只能訪問靜態成員
};
int Shared::count = 0; // 定義初始化（源文件）

友元特性

• 可為普通函數或其他類成員函數
• 單向、不可傳遞、不可繼承
• 打破封裝，慎用

三、繼承與派生

構造/析構不繼承

派生類需自定構造/析構，**構造時先調用基類構造**（按繼承聲明順序），析構逆序。

虛基類解決菱形繼承

class A { int a; };
class B : virtual public A {}; // 虛繼承
class C : virtual public A {};
class D : public B, public C {}; // D 中只有一份 A::a

虛基類表指針增加對象大小，訪問間接性略降性能。

類的組合

以類對象作數據成員，構造順序：成員對象構造 → 本類構造。

四、多態與虛函數

靜態 vs 動態多態

• 靜態：函數重載/模板/運算符重載（編譯期綁定）
• 動態：虛函數覆蓋（運行期綁定）

虛函數表機制

• 含虛函數的類生成 **vtable**（靜態常量數組，存虛函數地址）
• 每個對象含 **vptr** 指向類的 vtable
• 構造函數中初始化 vptr（基類構造→基類 vptr，派生構造→派生 vptr）
• 調用 ptr->virt() → ptr->vptr[index]()

虛析構必要性

Base* p = new Derived;
delete p; // Base::~virtual() 確保調用 Derived::~() 再 Base::~()

純虛函數與抽象類

class Interface {
    virtual void Do() = 0; // 純虛
    virtual ~Interface() = default; // 介面類必備虛析構
};

五、多態實現底層細節

1. 虛函數在基類聲明後，所有派生類同名函數自動為虛
2. vptr 在**構造函數**中初始化，構造期間調用虛函數屬於未定義行為（vptr 尚未指向派生 vtable）
3. 對象內存佈局：[vptr][基類成員][派生類成員]
4. 多重繼承含多個 vptr，虛繼承引入 vbptr/vbtable

經典面試題

Q: 構造函數能否為虛函數？
A: 不能。構造時對象類型尚未確定，vptr 未初始化完成，無法動態分發。

Q: 析構函數為何必須虛？
A: 基類指針刪除派生對象時，需動態調用派生析構釋放資源，再調用基類析構。

Q: 虛函數調用開銷？
A: 額外一次間接跳轉（vptr→vtable→函數），現代 CPU 分支預測極佳，可忽略。