C++虚函数表与虚析构函数

Posted 2020-07-21

1.静态联编和动态联编
联编：将源代码中的函数调用解释为要执行函数代码。

静态联编：编译时能确定唯一函数。
在C中，每个函数名都能确定唯一的函数代码。
在C++中，因为有函数重载，编译器须根据函数名，参数才能确定唯一的函数代码。

动态联编：编译时不能确定调用的函数代码，运行时才能。
C++中因为多态的存在，有时编译器不知道用户将选择哪种类型的对象，因此无法确定调用的唯一性，只有在运行时才能确定。

2.虚成员函数，指针或引用，动态联编
指针或引用才能展现类的多态性。
当类中的方法声明为virtual时，使用指针或引用调用该方法，就是动态联编。
若是普通方法，则为静态联编。
示例如下：

class Test
{
public:
    virtual show()
    {
        std::cout<<"Test::show()"<<std::endl;
    }
};
class SubTest:public Test
{
public:
    virtual show()
    {
        std::cout<<"SubTest::show()"<<std::endl;
    }
};
int main()
{
    SubTest subTest;
    Test * p = &subTest;//指向子类的指针
    Test & a = subTest;//子类的引用
    Test * p2 = new Test;//指向父类的指针
    p->show();
    a.show();
    p2->show();
    return 0;
}

程序没有释放内存，我们将在后面析构函数的时候，完善该程序。

3.动态联编使用原则
动态联编，需要跟踪基类指针或引用指向的实际对象类型，因此效率低于静态联编。
1)当类不会用作基类时，成员函数不要声明为virtual
2)当成员函数不重新定义基类的方法，成员函数不要声明为virtual

4.关于虚函数
1)父类成员函数若声明为virtual，则子类中也是虚的，若要重新定义该方法，可显式加上virtual关键字，也可不加，编译器编译时会自动加上。
2)使用指向对象的引用或指针来调用虚方法，将使用具体对象类型定义的方法，而不一定是引用或指针类型定义的方法。
SubTest subTest;
Test * p = &subTest;//指向子类的指针
p->show();//将调用SubTest对象定义的show()方法

5.虚函数的工作原理
当类中存在虚函数时，编译器默认会给对象添加一个隐藏成员。该成员为一个指向虚函数表(virtual function table,vtbl)的指针。
虚函数表是一个保存了虚函数地址的数组。编译器会检查类中所有的虚函数，依次将每个虚函数的地址，存入虚函数表。

class Test
{
public:
    virtual show()
    {
        std::cout<<"Test::show()"<<std::endl;
    }
private:
    int a;
};
class SubTest:public Test
{
public:
    virtual show()
    {
        std::cout<<"SubTest::show()"<<std::endl;
    }
};

内存结构图如下所示：

可以看出，父类和子类有独立的虚函数表，且虚函数表中虚函数指针也指向各自的虚函数地址，
若子类没有覆盖父类中的show方法，则虚函数指针show_ptr指向的虚函数show()的地址是一样的，均指向父类show()函数地址。虚函数表的存在和动态联编，就是多态的原理。

6.虚析构函数
1)构造函数是特殊的，是没有虚函数的概念的。
构造函数是不继承的，创建子类对象时，将调用子类的构造函数，子类的构造函数将自动调用父类的构造函数。

2)析构函数应是虚函数，除非类不用做基类。
我们看下面的代码：
Test *p = new SubTest;
delete p;
p=NULL;

由虚函数表，我们知道，若析构函数不声明为virtual，则调用的将是Test类的析构函数，而没有调用SubTest类的析构函数，此时造成了内存泄露。
所以析构函数必须声明为虚函数，调用的将是子类SubTest的析构函数，
我们还需要知道的一点是，子类析构函数，一定会调用父类析构函数，释放父类对象，则内存安全释放。
我们第一个例子的完整的示例代码如下：

class Test
{
public:
    virtual show()
    {
        std::cout<<"Test::show()"<<std::endl;
    }
    virtual ~Test(){}
};
class SubTest:public Test
{
public:
    virtual show()
    {
        std::cout<<"SubTest::show()"<<std::endl;
    }
};
int main()
{
    SubTest subTest;
    Test * p = &subTest;//指向子类的指针
    Test & a = subTest;//子类的引用
    Test * p2 = new Test;//指向父类的指针
    p->show();
    a.show();
    p2->show();
    delete p;
    p=NULL;
    delete p2;
    p2=NULL;
    return 0;
}

 

参考资料：《C++ Primer.Plus》 pp.490-507
                   http://www.imooc.com/video/9199