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C++虛函數(shù)表和虛析構(gòu)介紹

更新時(shí)間：2021年11月12日 10:39:57 作者：學(xué)渣的C/C++

這篇文章主要介紹了C++虛函數(shù)表和虛析構(gòu)，虛函數(shù)表是C++實(shí)現(xiàn)多態(tài)的基礎(chǔ)，多態(tài)是面向?qū)ο蟮娜筇匦灾?，下面文章我們一起來看看詳?xì)內(nèi)容,需要的朋友可以參考一下

1、虛函數(shù)表

虛函數(shù)表是C++實(shí)現(xiàn)多態(tài)的基礎(chǔ)，多態(tài)是面向?qū)ο蟮娜筇匦灾?，多態(tài)有利于提高代碼的可讀性，便于后期代碼的擴(kuò)展和維護(hù)。我們都知道多態(tài)的實(shí)現(xiàn)是基于虛函數(shù)表，那么虛函數(shù)表是什么時(shí)候創(chuàng)建的呢？虛函數(shù)表是怎么實(shí)現(xiàn)多態(tài)的功能的呢？

首先應(yīng)該明確多態(tài)也稱為動(dòng)態(tài)多態(tài)，他是在程序運(yùn)行時(shí)候確定函數(shù)地址的，也就是程序在運(yùn)行時(shí)，如果類成員函數(shù)加了virtual關(guān)鍵字，就會(huì)建立一個(gè)虛函數(shù)指針（vfptr）指針指向一個(gè)虛函數(shù)表，這個(gè)虛函數(shù)表就保存了虛函數(shù)的地址，子類繼承父類也自然繼承了虛函數(shù)指針，當(dāng)子類重寫父類的虛函數(shù)時(shí)，虛函數(shù)指針?biāo)赶虻奶摵瘮?shù)表中的虛函數(shù)地址就會(huì)被覆蓋，替換成子類的虛函數(shù)地址。也就是通過父類的虛函數(shù)指針找到了子類的虛函數(shù)地址，進(jìn)而執(zhí)行這個(gè)函數(shù)。

下面我們通過代碼進(jìn)行詳細(xì)說明：

#include <iostream>
using namespace std;

class Base{
public:
    void func(){
        cout << "Base func" << endl;
    }
};

class Son: public Base{
    void func(){
        cout << "Son func" << endl;
    }
};

void test(Base& base) {
    base.func();
}
int main () {
    Son son;

    cout << "sizeof(Base) = " << sizeof(Base) << endl;
    cout << "sizeof(Son)  = " << sizeof(Son) << endl;   
    test(son);
    system("pause");
    return 0;

}

代碼運(yùn)行結(jié)果為：

因?yàn)楹瘮?shù)成員不占用類的大小，所以對(duì)Base類和Son類輸出大小，都是一個(gè)字節(jié)，這一個(gè)字節(jié)是為了可以實(shí)例化類，通過引用基類引用派生類，調(diào)用func函數(shù)，函數(shù)調(diào)用了基類的func，那么如果我們加上virtual關(guān)鍵字后，就不是這種情況了。

#include <iostream>
using namespace std;

class Base{
public:
    virtual void func(){
        cout << "Base func" << endl;
    }
};

class Son: public Base{
    void func(){
        cout << "Son func" << endl;
    }
};


void test(Base& base) {
    base.func();
}
int main () {
    Son son;

    cout << "sizeof(Base) = " << sizeof(Base) << endl;
    cout << "sizeof(Son)  = " << sizeof(Son) << endl;   
    test(son);
    system("pause");
    return 0;

}

代碼運(yùn)行結(jié)果為：

可以看到加了virtual關(guān)鍵字后，父類和子類的大小都變成了四字節(jié)，這是因?yàn)樯闪颂摵瘮?shù)指針，指針指向虛函數(shù)表，虛函數(shù)表存儲(chǔ)了虛函數(shù)地址，繼承了父類的子類重寫了虛函數(shù)，虛函數(shù)表中的函數(shù)地址被替換，再次調(diào)用虛函數(shù)就是調(diào)用了子類的函數(shù)func。

2、虛析構(gòu)

虛析構(gòu)主要是為了解決子類中有屬性開辟到堆區(qū)，父類指針調(diào)用函數(shù)時(shí)，無法調(diào)用到子類的析構(gòu)代碼，導(dǎo)致子類堆區(qū)內(nèi)存無法釋放。

首先我們看一下子類堆區(qū)內(nèi)存開辟，通過父類指針來調(diào)用函數(shù)，捕捉他們的構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)看下運(yùn)行結(jié)果：

#include <iostream>
using namespace std;

class Base{
public:
    Base(){
        cout << "Base 的構(gòu)造函數(shù)調(diào)用" << endl;
    }

    ~Base(){
        cout << "Base 的析構(gòu)函數(shù)調(diào)用" << endl;
    }
    virtual void func(){
        cout << "Base func" << endl;
    }
};

class Son: public Base{
public:
    Son(int val):m_val(new int (val)) {
        cout << "Son 的構(gòu)造函數(shù)調(diào)用" << endl;
    }

    ~Son(){
        cout << "Son 的析構(gòu)函數(shù)調(diào)用" << endl;
        if (m_val != NULL) {
            
            delete m_val;
            cout << "Son 析構(gòu)函數(shù)的堆內(nèi)存釋放" << endl;
            m_val = NULL;
        }
    }
    void func(){
        cout << "Son func" << endl;
    }

    void funcTest(){
        cout << "funcTest 函數(shù)調(diào)用" << endl;
    }

    int* m_val = NULL;
};


void test() {
   
    Base *base = new Son(10);
    base->func();
    //base->funcTest(); //無法調(diào)用，因?yàn)樘摵瘮?shù)表中不能找到這個(gè)函數(shù)的地址
    delete base;
    base = NULL;
}


int main () {
    test();    
    system("pause");
    return 0;

}

代碼運(yùn)行結(jié)果為：

可以明確，通過父類指針來調(diào)用函數(shù)的時(shí)候，無法調(diào)用Son類的析構(gòu)函數(shù)，在Son類在堆區(qū)上申請(qǐng)的內(nèi)存就無法釋放，造成內(nèi)存泄漏。Son類的析構(gòu)函數(shù)不能調(diào)用的主要原因就是在虛函數(shù)表中找不到Son的析構(gòu)函數(shù)地址，解決辦法就是把Base類的寫成虛析構(gòu)函數(shù)或者純虛析構(gòu)函數(shù)，

下面給出Base類為純虛析構(gòu)函數(shù)的代碼和運(yùn)行結(jié)果：

#include <iostream>
using namespace std;

class Base{
public:
    Base(){
        cout << "Base 的構(gòu)造函數(shù)調(diào)用" << endl;
    }
    virtual ~Base() = 0;

    virtual void func(){
        cout << "Base func" << endl;
    }
};
    Base :: ~Base(){
        cout << "Base 的析構(gòu)函數(shù)調(diào)用" << endl;
    }

class Son: public Base{
public:
    Son(int val):m_val(new int (val)) {
        cout << "Son 的構(gòu)造函數(shù)調(diào)用" << endl;
    }

    ~Son(){
        cout << "Son 的析構(gòu)函數(shù)調(diào)用" << endl;
        if (m_val != NULL) {
            
            delete m_val;
            cout << "Son 析構(gòu)函數(shù)的堆內(nèi)存釋放" << endl;
            m_val = NULL;
        }
    }
    void func(){
        cout << "Son func" << endl;
    }

    void funcTest(){
        cout << "funcTest 函數(shù)調(diào)用" << endl;
    }

    int* m_val = NULL;
};


void test() {
   
    Base *base = new Son(10);
    base->func();
    //base->funcTest(); //無法調(diào)用，因?yàn)樘摵瘮?shù)表中不能找到這個(gè)函數(shù)的地址
    delete base;
    base = NULL;
}


int main () {
    test();    
    system("pause");
    return 0;

}

代碼運(yùn)行結(jié)果為：