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  • 主要介绍了C++中虚析构函数的作用及其原理分析,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友们下面随着小编来一起学习学习吧
  • 虚析构函数实现原理

    千次阅读 2016-10-14 22:28:11
    虚析构函数的理论前提是执行完子类的析构函数,那么父类的虚构函数必然会被执行。那么当用delete释放一个父类指针所实例化的子类对象时,如果没有定义析构函数,那么将只会调用父类的析构函数,而不会调用子类的虚构...

    虚析构函数的理论前提是

    执行完子类的析构函数,那么父类的虚构函数必然会被执行。

    那么当用delete释放一个父类指针所实例化的子类对象时,如果没有定义虚析构函数,那么将只会调用父类的析构函数,而不会调用子类的虚构函数,导致内存的泄漏。

    Class Shape
    {
    public:
        virtual Shape();
        ~Shape();
    private:
        int m_ir;
    };
    
    Class Circle:public Shape
    {
    public:
        Circle();
        ~Circle();
    private:
        int m_ir;
    };
    
    int main()
    {
        Shape *shape=new Circle;
        delete shape;
        shape=NULL;
    }

    如果基类中定义了虚析构函数,那么在Shape的虚函数表中就会存放虚析构函数的地址

    这里写图片描述
    而编译器会自动帮派生类的析构函数前加上virtual关键字。
    那么实例化Circle时,在Circle的虚函数表中也会存放Circle的虚析构函数的地址。在执行delete shape时,在Circle的虚函数表中找到虚析构函数的地址,执行析构函数,释放派生类占用的内存,而派生类的析构函数被调用那么基类的析构函数也会自动被调用。
    这里写图片描述

    展开全文
  • 当类中有虚函数或者虚析构函数时,在实例化类的对象时,对象内存中除了成员变量的大小,还有一个虚函数表指针,而且虚函数表指针放在内存的最前面,虚函数表指针会指向一个虚函数表,而以为Shape类中含有虚函数,这...

    1.总结虚函数的实现原理:





    当类中有虚函数或者虚析构函数时,在实例化类的对象时,对象内存中除了成员变量的大小,还有一个虚函数表指针,而且虚函数表指针放在内存的最前面,虚函数表指针会指向一个虚函数表,而以为Shape类中含有虚函数,这个虚函数表将于Shape类的定义同时出现,在计算机中虚函数表也是占用一定到的内存空间的,且虚函数表由于一旦产生就具有不变性,所以编译器就会经量把它放到稳定(或者说是只读)的内存区。虚函数表vtable在Linux/Unix中存放在可执行文件的只读数据段中(rodata)。

    在上例中虚函数表的起始位置是0xCCFF,那么虚函数表指针的值就是0xCCFF,每个类只有一张虚函数表,所有类的对象都共用同一张虚函数表。所有对象都含有相同的虚函数表指针值0xCCFF,以确保所有的对象含有的虚函数表指针都指向正确的虚函数表。虚函数表中存放的是所有的虚函数地址。计算时,先找到虚函数表指针,通过指针的偏移找到虚函数的指针,然后就可以调用虚函数。

    上例图中,Circle派生自Shape,Circle从父类派生了虚函数,于是它也有了自己的虚函数表,这两个表的起始地址是不一样的,但是表中calcArea()函数的起始地址是一样的,这也就是说,两张不同的虚函数表中的函数指针可能指向同一个函数。

    当Circle类定义了自己的虚函数,如下图所示,



    由于此时,Circle类自己定义了calcArea()函数,所以将会覆盖掉父类的函数。


    2.总结虚析构函数的是实现原理:

    虚析构函数的特点是当将父类的析构函数声明为虚析构函数以后,再用父类的指针去指向子类的对象,并用delete去销毁父类的指针的时候,不会再只调用父类的析构函数,而是会先调用子类的析构函数再调用父类的析构函数,即会释放掉子类对象了,不会再因为子类对象得不到释放而产生内存泄露。这种情况也和虚函数表有关。实现过程如下:当声明父类析构函数为虚析构函数以后,在子类和父类的虚函数表中将都出现虚析构函数的函数指针,如下两幅图所示。当用父类的指针指向子类的对象,用delete Shape释放对象时,会通过Shape指针找到子类Circle的虚函数表指针,从而找到虚函数表,从而通过偏移找到虚析构函数的地址,从而调用子类Circle的析构函数,然后也会调用父类的析构函数。(为什么基类的析构函数是虚函数?

      在实现多态时,当用基类操作派生类,在析构时防止只析构基类而不析构派生类的状况发生


    多态的实现原理如下

    当用父类的指针去指向子类对象时,会拿到子类的虚函数表指针,然后找到虚函数表,通过虚函数表指针的偏移,找到要调用的虚函数的函数指针,从而实现函数的调用。注意这里的偏移必须是和父类的偏移量是一样的。

    与本节内容有关,补充两个概念:函数的隐藏和覆盖

    函数的隐藏:没有定义多态的情况下,即没有加virtual的前提下,如果定义了父类和子类,父类和子类出现了同名的                        函数,就称子类的函数把同名的父类的函数给隐藏了。

    函数的覆盖:是针对多态来说的。如果定义了父类和子类,父类中定义了公共的虚函数,如果此时子类中没有定义同                       名的虚函数,那么在子类的虚函数表中将会写上父类的该虚函数的函数入口地址,如果在子类中定义了                        同名虚函数的话,那么在子类的虚函数表中将会把原来的父类的虚函数地址覆盖掉,覆盖成子类的虚函                         数的函数地址,这种情况就称为函数的覆盖。

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  • 通过下面的代码来说明: #include #include #include using namespace std; /**  * 定义动物类:Animal  * 成员函数:eat()、move()  */ class Animal { public:  // 构造函数 ... // 析构函数

    通过下面的代码来说明:

    #include <iostream>

    #include <stdlib.h>
    #include <string>
    using namespace std;


    /**
     *  定义动物类:Animal
     *  成员函数:eat()、move()
     */
    class Animal
    {
    public:
        // 构造函数
        Animal(){cout << "Animal" << endl;}
        // 析构函数
       virtual  ~Animal(){cout << "~Animal" << endl;}
        // 成员函数eat()
    void eat(){cout << "Animal -- eat" << endl;}
        // 成员函数move()
         void move(){cout << "Animal -- move" << endl;}
         
        //   int m_iLegs;


        //  short m_hands;
        //  char m_face;
        //  int m_iHead;
         
    };


    class A
    {
        public:
        A(){cout<<"A"<<endl;}
       virtual  ~A(){cout<<"~A"<<endl;}
    };
    /**
     * 定义狗类:Dog
     * 此类公有继承动物类
     * 成员函数:父类中的成员函数
     */
    class Dog : public Animal,public A
    {
    public:
        // 构造函数
    Dog(int legs)
        {
            cout << "Dog" << endl;
            m_iLegs = legs;
        }
        // 析构函数
    ~Dog(){cout << "~Dog" << endl;}
        // 成员函数eat()
         void eat(){cout << "Dog -- eat" << endl;}
        // 成员函数move()
    void move(){cout << "Dog -- move" << endl;}
    public:
         int m_iLegs;
    };


    int main(void)
    {
        // 通过父类对象实例化狗类
    //   Animal * p = new Dog;
        //  Animal animal;
        //  cout<<sizeof(animal)<<endl;
        //  int * q = (int * )&animal;
        //  cout<<*(q)<<endl;
        
        Dog dog(4);
        cout<<sizeof(dog)<<endl;
        
        int * p = (int*)&dog;
        cout<<&dog<<endl;
        cout<<p<<endl;
        p++;
        cout<<p<<endl;
        p++;
       
        cout<<"p++: "<<p<<endl;
        cout<<(unsigned int)(*p)<<endl;
        // cout<< dog.m_iLegs<<endl;
        // cout<< (int *)p<<endl;
        // 调用成员函数
        //  p->eat();
        //  p->move();
        // 释放内存
        //  delete p;
        //  p = NULL;
        
    return 0;

    }

    当两个virtual都不加的时候,输出结果:

    Animal
    A
    Dog
    4
    0x7ffc94887060
    0x7ffc94887060
    0x7ffc94887064
    p++: 0x7ffc94887068
    2491969640
    ~Dog
    ~A
    ~Animal
    分析:此时,由于函数不占用对象内存大小,有专门的程序代码区来存放程序的二进制代码,因此Dog对象dog的内存大小只是其成员变量的大小,此时有一个int型的成员变量m_iLegs,因此此时输出的sizeof(dog)的大小是4个字节

    当加上其中一个virtual以后,比如Animal的析构函数成了虚析构函数,输出结果:

    Animal
    A
    Dog
    16
    0x7fffaf8dd880
    0x7fffaf8dd880
    0x7fffaf8dd884
    p++: 0x7fffaf8dd888
    4
    ~Dog
    ~A
    ~Animal
    分析:此时,Dog从Animal继承,因为虚析构函数的特性是可以继承的,所以dog的析构函数也是虚析构函数,虽然没写virtual,但是编译器会自动为其加上virtual。这样,Dog的对象的内存中除了存放了自己的成员变量以为,还存放了一个虚函数表指针,在64位机器上,指针大小为8个字节,又因为高位对齐原则,所以这一次输出的sizeof(dog)的值得大小是16个字节,(8(指针)+4(int)+4空内存)

    如果再将类A的virtual加上,其实不光是析构函数,声明其他函数为虚函数也一样,这时,输出的结果如下:

    Animal
    A
    Dog
    24
    0x7ffe2707d310
    0x7ffe2707d310
    0x7ffe2707d314
    p++: 0x7ffe2707d318
    4198544
    ~Dog
    ~A
    ~Animal
    分析:此时Dog类的对象中将含有两个虚函数表,输出的结果将是两个虚函数指针加整型成员变量+4个空内存的大小=24个字节了。

    这里注意两点:

    (1)高位对齐!就是输出的大小都是高位的整数倍,这个例子中都是8的整数倍;

    (2)在对象的内存空间中,按照继承顺序,指向继承来的两个虚函数表的虚函数表指针将排在第一位和第二位,占据前16个字节,然后才是int型的成员变量占用四个字节,所以p要p++四次才能到达int型变量的首地址,才能输出正确的值4,p++一次前进4个字节。如下代码所示:

      Dog dog(4);
        cout<<sizeof(dog)<<endl;
        
        int * p = (int*)&dog;
        cout<<&dog<<endl;
        cout<<p<<endl;
        p++;
        cout<<p<<endl;
        p++;
          cout<<p<<endl;
        p++;
          cout<<p<<endl;
        p++;
        cout<<"p++: "<<p<<endl;
        cout<<(unsigned int)(*p)<<endl;

    输出结果为:

    Animal
    A
    Dog
    24
    0x7ffe12b78160
    0x7ffe12b78160
    0x7ffe12b78164
    0x7ffe12b78168
    0x7ffe12b7816c
    p++: 0x7ffe12b78170
    4
    ~Dog
    ~A
    ~Animal

    1.总结虚函数的实现原理





    当类中有虚函数或者虚析构函数时,在实例化类的对象时,对象内存中除了成员变量的大小,还有一个虚函数表指针,而且虚函数表指针放在内存的最前面,虚函数表指针会指向一个虚函数表,而以为Shape类中含有虚函数,这个虚函数表将于Shape类的定义同时出现,在计算机中虚函数表也是占用一定到的内存空间的,且虚函数表由于一旦产生就具有不变性,所以编译器就会经量把它放到稳定(或者说是只读)的内存区。虚函数表vtable在Linux/Unix中存放在可执行文件的只读数据段中(rodata)。

    在上例中虚函数表的起始位置是0xCCFF,那么虚函数表指针的值就是0xCCFF,每个类只有一张虚函数表,所有类的对象都共用同一张虚函数表。所有对象都含有相同的虚函数表指针值0xCCFF,以确保所有的对象含有的虚函数表指针都指向正确的虚函数表。虚函数表中存放的是所有的虚函数地址。计算时,先找到虚函数表指针,通过指针的偏移找到虚函数的指针,然后就可以调用虚函数。

    上例图中,Circle派生自Shape,Circle从父类派生了虚函数,于是它也有了自己的虚函数表,这两个表的起始地址是不一样的,但是表中calcArea()函数的起始地址是一样的,这也就是说,两张不同的虚函数表中的函数指针可能指向同一个函数。

    当Circle类定义了自己的虚函数,如下图所示,



    由于此时,Circle类自己定义了calcArea()函数,所以将会覆盖掉父类的函数。

    2.总结虚析构函数的是实现原理:

    虚析构函数的特点是当将父类的析构函数声明为虚析构函数以后,再用父类的指针去指向子类的对象,并用delete去销毁父类的指针的时候,不会再只调用父类的析构函数,而是会先调用子类的析构函数再调用父类的析构函数,即会释放掉子类对象了,不会再因为子类对象得不到释放而产生内存泄露。这种情况也和虚函数表有关。实现过程如下:当声明父类析构函数为虚析构函数以后,在子类和父类的虚函数表中将都出现虚析构函数的函数指针,如下两幅图所示。当用父类的指针指向子类的对象,用delete Shape释放对象时,会通过Shape指针找到子类Circle的虚函数表指针,从而找到虚函数表,从而通过偏移找到虚析构函数的地址,从而调用子类Circle的析构函数,然后也会调用父类的析构函数。


    多态的实现原理如下:当用父类的指针去指向子类对象时,会拿到子类的虚函数表指针,然后找到虚函数表,通过虚函数表指针的偏移,找到要调用的虚函数的函数指针,从而实现函数的调用。注意这里的偏移必须是和父类的偏移量是一样的。

    与本节内容有关,补充两个概念:函数的隐藏和覆盖

    函数的隐藏:没有定义多态的情况下,即没有加virtual的前提下,如果定义了父类和子类,父类和子类出现了同名的函数,就称子类的函数把同名的父类的函数给隐藏了。

    函数的覆盖:是针对多态来说的。如果定义了父类和子类,父类中定义了公共的虚函数,如果此时子类中没有定义同名的虚函数,那么在子类的虚函数表中将会写上父类的该虚函数的函数入口地址,如果在子类中定义了同名虚函数的话,那么在子类的虚函数表中将会把原来的父类的虚函数地址覆盖掉,覆盖成子类的虚函数的函数地址,这种情况就称为函数的覆盖。

    展开全文
  • 对C++ 了解的人都应该知道虚函数(Virtual Function)是通过一张虚函数表(Virtual Table)来实现的。简称为V-Table。 那么虚函数表又是什么? 顾名思义,虚函数表是一张表,在C++中,类的虚函数表是一块连续的内存...
     
    
    一、什么是虚函数?
    对C++ 了解的人都应该知道虚函数(Virtual Function)是通过一张虚函数表(Virtual Table)来实现的。简称为V-Table。
    那么虚函数表又是什么?
    顾名思义,虚函数表是一张表,在C++中, 类的虚函数表是一块连续的内存,每个内存单元中记录一个JMP指令的地址。(注: JMP是汇编语言中的无条件跳转指令。无条件跳转指令可转到内存中任何程序段。转移地址可在指令中给出,也可以在寄存器中给出,或在储存器中指出。) 为了保证取到虚函数表有最高的性能——如果有多层继承或是多重继承的情况下,C++编译器将虚函数表指针放在内存的最前面位置。

    注意的是,在计算机中,虚函数表也是占有一定空间的,C++编译器会为每个有虚函数的类创建一个虚函数表,该虚函数表将被该类的所有对象共享。类的每个虚成员占据虚函数表中的一行。如果类中有N个虚函数,那么其虚函数表将有N*4字节 (32位系统) 的大小。
    通俗的理解,虚函数表中存放着虚函数指针,而虚函数指针存储着虚函数的首地址
    我们都知道,函数的本质 其实就是一段二进制的代码, 可以通过指针来指向这段代码的开头,计算机就会从开头 一直往下执行,直到函数的结尾,并通过指令返回回来。
    函数的指针与普通的指针,本质上
    是一样的,它也是由 4 个(32位系统)基本的内存单元组成,存储着一个内存地址,也 就是函数的首地址。



    二、虚函数的实现原理

    当用类定义对象时,这个对象中除了成员变量之外, 它还会有另一个数据成员:虚函数表指针

    虚函数表指针,顾名思义,它指向一个虚函数表,该虚函数表会与 类的定义同时出现。
    虚函数表指针,也是一个指针,占有 4 个(32位系统)基本的内存单元。  

    如果子类中没有重写父类的虚函数,虽然子类会从父类中继承了虚函数,但它的虚函数表却跟父类的虚函数表并不相同,只不过子类的虚函数表中保存的是父类的虚函数指针,所以当父类指针指向子类对象,在调用时,先是通过虚函数表指针找到子类的虚函数表,然后在虚函数表中通过位置的偏移找到的却是父类的虚函数指针,最后通过虚函数指针跳转到父类的虚函数入口,因此这过程中并不能实现多态。

    如果子类重写了父类的虚函数又会是怎样的呢?

    对于父类来说,它的情况不变。但对于子类来说,则有些变化:它的虚函数表和之前的虚函数表
    是一样的,但因为子类此时重写了父类的虚函数,那么此时父类的虚函数就会被覆盖,所谓的覆盖就是原本子类的虚函数表存放的是父类的虚函数指针,却被覆盖成子类的虚函数指针。
    如下图:




    这里补充下,函数的覆盖: 是针对多态来说的。如果没有在子类中定义同名的虚函数,那么在子类的虚函数表中将会写上父类的相应的虚函数的函数入口地址,如果在子类中定义了同名虚函数的话,那么在子类的虚函数表中将会把原来父类的虚函数地址覆盖掉,覆盖成子类的虚函数的函数入口地址,这就称之为函数的覆盖,即父子关系-虚函数同名-覆盖


    所以在调用时,根据指针所指向对象的类型来确定,当父类指针指向的是父类对象时,先通过虚函数指针找到父类的虚函数表,然后在父类的虚函数表中通过位置的偏移找到父类的虚函数指针,从而通过虚函数指针跳转到父类的虚函数入口;而当父类指针指向的是子类对象时,则通过子类的虚函数表指针,找到子类的虚函数表,然后在子类的虚函数表中通过位置的偏移找到子类的虚函数指针,从而能够执行子类的虚函数,这就发生了多态!


    三、虚析构函数的实现原理

    理论前提:执行完派生类的析构函数就会执行基类的析构函数。

    看如下实例(图片为转载的):
    给类Shape 和 类Circle 都加上虚析构函数



    如果子类Circle 中不写虚析构函数,编译器会默认为其定义一个虚析构函数, 前提是父类中得有virtual 来修饰父类的析构函数。

    在使用时:

    如果在main() 函数中通过父类指针指向子类对象,然后通过 delete
    接父类指针释放子类对象

    此时,虚函数表的工作:


    如果在父类中定义了虚析构函数,那么在父类的虚函数表中就会 有一个父类析构函数的函数指针,指向父类的析构函数,而在子类的虚函数表中也会产生一个子类析构函数的函数指针,指向子类的析构函数(注意:虚析构函数没有覆盖)

    当 Shape 的指针指向 Circle 的对象,通过 delete 接 Shape 的 指针时,就可以通过Circle 对象的虚函数表指针 找到Circle 的 虚函数表,通过 Circle 的虚函数表找到Circle 的析构函数, 从而使得子类的析构函数得以执行,子类的析构函数执行完毕后, 系统会自动执行父类的析构函数。



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空空如也

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虚析构函数实现原理