C++ 繼承與多態底層原理（上）：繼承類型、構造析構順序、虛函數表與動態綁定機制

三種繼承方式的訪問權限變換

鐵律：只有 public 繼承保持「is-a」關係，protected/private 繼承屬於「implemented-in-terms-of」（組合語義），極少使用。

派生類默認成員函數（六大默認）

1. 默認構造函數
2. 拷貝構造函數
3. 移動構造函數 (C++11)
4. 拷貝賦值運算符
5. 移動賦值運算符 (C++11)
6. 析構函數

編譯器僅在被使用時隱式生成。基類無默認構造 → 派生類必須顯式調用基類構造函數。

構造/析構調用順序鐵律

// 構造順序：
// 1. 虛基類（由最派生類調用）
// 2. 非虛基類（按繼承列表順序）
// 3. 成員對象（按聲明順序）
// 4. 派生類自身構造函數體

// 析構順序：完全相反
// 1. 派生類析構函數體
// 2. 成員對象（逆序）
// 3. 非虛基類（逆序）
// 4. 虛基類（逆序）

賦值兼容規則（public 繼承專屬）

• ✅ 子類對象 → 父類對象（切片）
• ❌ 父類對象 → 子類對象
• ✅ 父類指針/引用 → 子類對象（多態基石）
• ❌ 子類指針/引用 → 父類對象（需 dynamic_cast 且有風險）

虛函數與動態綁定底層機制

虛表 (vtable) 結構

• 每個含虛函數的類，編譯器生成一張只讀虛函數地址表。
• 表項按虛函數聲明順序排列，以 nullptr 結尾。
• 對象首部隱藏 vptr 指向所屬類的虛表。

構造函數中虛函數行為

class Base {
public:
    Base() { foo(); }  // 呼叫 Base::foo()
    virtual void foo() { cout << "Base"; }
};
class Derived : public Base {
public:
    Derived() { foo(); } // 呼叫 Derived::foo()
    void foo() override { cout << "Derived"; }
};

原因：基類構造期間，vptr 指向 Base 虛表；派生類構造時，vptr 更新指向 Derived 虛表。構造/析構中虛函數調用靜態綁定，不發生多態。

不能聲明為 virtual 的函數

析構函數必須 virtual（基類含虛函數時），否則 delete basePtr 僅調用基類析構 → 內存洩漏/資源未釋放。

純虛函數與抽象類

class Interface {
public:
    virtual void doIt() = 0;  // 純虛函數
    virtual ~Interface() {}   // 虛析構
};
// Interface 不可實例化；子類必須實現 doIt() 才能實例化。

友元與繼承、靜態成員繼承

• 友元不繼承、不雙向、不傳遞。
• 基類 static 成員在整個繼承體系中僅一份實例，所有派生類共享。