C++虚函数表和虚析构介绍
时间：2022-04-19 08:30:20 | 栏目：C代码 | 点击：次
1、虚函数表
虚函数表是C++实现多态的基础，多态是面向对象的三大特性之一，多态有利于提高代码的可读性，便于后期代码的扩展和维护。我们都知道多态的实现是基于虚函数表，那么虚函数表是什么时候创建的呢？虚函数表是怎么实现多态的功能的呢？
首先应该明确多态也称为动态多态，他是在程序运行时候确定函数地址的，也就是程序在运行时，如果类成员函数加了virtual关键字，就会建立一个虚函数指针（vfptr）指针指向一个虚函数表，这个虚函数表就保存了虚函数的地址，子类继承父类也自然继承了虚函数指针，当子类重写父类的虚函数时，虚函数指针所指向的虚函数表中的虚函数地址就会被覆盖，替换成子类的虚函数地址。也就是通过父类的虚函数指针找到了子类的虚函数地址，进而执行这个函数。
下面我们通过代码进行详细说明：
#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;
}
代码运行结果为：
因为函数成员不占用类的大小，所以对Base类和Son类输出大小，都是一个字节，这一个字节是为了可以实例化类，通过引用基类引用派生类，调用func函数，函数调用了基类的func，那么如果我们加上virtual关键字后，就不是这种情况了。
#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;
}
代码运行结果为：
可以看到加了virtual关键字后，父类和子类的大小都变成了四字节，这是因为生成了虚函数指针，指针指向虚函数表，虚函数表存储了虚函数地址，继承了父类的子类重写了虚函数，虚函数表中的函数地址被替换，再次调用虚函数就是调用了子类的函数func。
2、虚析构
虚析构主要是为了解决子类中有属性开辟到堆区，父类指针调用函数时，无法调用到子类的析构代码，导致子类堆区内存无法释放。
首先我们看一下子类堆区内存开辟，通过父类指针来调用函数，捕捉他们的构造函数和析构函数看下运行结果：
#include <iostream>
using namespace std;
class Base{
public:
Base(){
cout << "Base 的构造函数调用" << endl;
}
~Base(){
cout << "Base 的析构函数调用" << endl;
}
virtual void func(){
cout << "Base func" << endl;
}
};
class Son: public Base{
public:
Son(int val):m_val(new int (val)) {
cout << "Son 的构造函数调用" << endl;
}
~Son(){
cout << "Son 的析构函数调用" << endl;
if (m_val != NULL) {
delete m_val;
cout << "Son 析构函数的堆内存释放" << endl;
m_val = NULL;
}
}
void func(){
cout << "Son func" << endl;
}
void funcTest(){
cout << "funcTest 函数调用" << endl;
}
int* m_val = NULL;
};
void test() {
Base *base = new Son(10);
base->func();
//base->funcTest(); //无法调用，因为虚函数表中不能找到这个函数的地址
delete base;
base = NULL;
}
int main () {
test();
system("pause");
return 0;
}
代码运行结果为：
可以明确，通过父类指针来调用函数的时候，无法调用Son类的析构函数，在Son类在堆区上申请的内存就无法释放，造成内存泄漏。Son类的析构函数不能调用的主要原因就是在虚函数表中找不到Son的析构函数地址，解决办法就是把Base类的写成虚析构函数或者纯虚析构函数，
下面给出Base类为纯虚析构函数的代码和运行结果：
#include <iostream>
using namespace std;
class Base{
public:
Base(){
cout << "Base 的构造函数调用" << endl;
}
virtual ~Base() = 0;
virtual void func(){
cout << "Base func" << endl;
}
};
Base :: ~Base(){
cout << "Base 的析构函数调用" << endl;
}
class Son: public Base{
public:
Son(int val):m_val(new int (val)) {
cout << "Son 的构造函数调用" << endl;
}
~Son(){
cout << "Son 的析构函数调用" << endl;
if (m_val != NULL) {
delete m_val;
cout << "Son 析构函数的堆内存释放" << endl;
m_val = NULL;
}
}
void func(){
cout << "Son func" << endl;
}
void funcTest(){
cout << "funcTest 函数调用" << endl;
}
int* m_val = NULL;
};
void test() {
Base *base = new Son(10);
base->func();
//base->funcTest(); //无法调用，因为虚函数表中不能找到这个函数的地址
delete base;
base = NULL;
}
int main () {
test();
system("pause");
return 0;
}
代码运行结果为：
可以看到只要把Base类的析构函数写成虚析构函数或纯虚析构函数，通过父类指针调用函数，子类的析构代码会被调用，子类堆区内存得到释放。