C++虚函数表和虚析构介绍_C/C++

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：

C++虚函数表和虚析构介绍

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：

C++虚函数表和虚析构介绍

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：

C++虚函数表和虚析构介绍

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：

C++虚函数表和虚析构介绍