C++虛函數表與虛析構函數

1.靜態聯編和動態聯編
聯編：將源代碼中的函數調用解釋為要執行函數代碼。

靜態聯編：編譯時能確定唯一函數。
在C中，每個函數名都能確定唯一的函數代碼。
在C++中，因為有函數重載，編譯器須根據函數名，參數才能確定唯一的函數代碼。

動態聯編：編譯時不能確定調用的函數代碼，運行時才能。
C++中因為多態的存在，有時編譯器不知道用戶將選擇哪種類型的對象，因此無法確定調用的唯一性，只有在運行時才能確定。

2.虛成員函數，指針或引用，動態聯編
指針或引用才能展現類的多態性。
當類中的方法聲明為virtual時，使用指針或引用調用該方法，就是動態聯編。
若是普通方法，則為靜態聯編。
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;//指向子類的指針
    Test & a = subTest;//子類的引用
    Test * p2 = new Test;//指向父類的指針
    p->show();
    a.show();
    p2->show();
    return 0;
}

程序沒有釋放內存，我們將在后面析構函數的時候，完善該程序。

3.動態聯編使用原則
動態聯編，需要跟蹤基類指針或引用指向的實際對象類型，因此效率低於靜態聯編。
1)當類不會用作基類時，成員函數不要聲明為virtual
2)當成員函數不重新定義基類的方法，成員函數不要聲明為virtual

4.關於虛函數
1)父類成員函數若聲明為virtual，則子類中也是虛的，若要重新定義該方法，可顯式加上virtual關鍵字，也可不加，編譯器編譯時會自動加上。
2)使用指向對象的引用或指針來調用虛方法，將使用具體對象類型定義的方法，而不一定是引用或指針類型定義的方法。
SubTest subTest;
Test * p = &subTest;//指向子類的指針
p->show();//將調用SubTest對象定義的show()方法

5.虛函數的工作原理
當類中存在虛函數時，編譯器默認會給對象添加一個隱藏成員。該成員為一個指向虛函數表(virtual function table,vtbl)的指針。
虛函數表是一個保存了虛函數地址的數組。編譯器會檢查類中所有的虛函數，依次將每個虛函數的地址，存入虛函數表。

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;
    }
};

內存結構圖如下所示：

可以看出，父類和子類有獨立的虛函數表，且虛函數表中虛函數指針也指向各自的虛函數地址，
若子類沒有覆蓋父類中的show方法，則虛函數指針show_ptr指向的虛函數show()的地址是一樣的，均指向父類show()函數地址。虛函數表的存在和動態聯編，就是多態的原理。

6.虛析構函數
1)構造函數是特殊的，是沒有虛函數的概念的。
構造函數是不繼承的，創建子類對象時，將調用子類的構造函數，子類的構造函數將自動調用父類的構造函數。

2)析構函數應是虛函數，除非類不用做基類。
我們看下面的代碼：
Test *p = new SubTest;
delete p;
p=NULL;

由虛函數表，我們知道，若析構函數不聲明為virtual，則調用的將是Test類的析構函數，而沒有調用SubTest類的析構函數，此時造成了內存泄露。
所以析構函數必須聲明為虛函數，調用的將是子類SubTest的析構函數，
我們還需要知道的一點是，子類析構函數，一定會調用父類析構函數，釋放父類對象，則內存安全釋放。
我們第一個例子的完整的示例代碼如下：

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;//指向子類的指針
    Test & a = subTest;//子類的引用
    Test * p2 = new Test;//指向父類的指針
    p->show();
    a.show();
    p2->show();
    delete p;
    p=NULL;
    delete p2;
    p2=NULL;
    return 0;
}

 

參考資料：《C++ Primer.Plus》 pp.490-507
                   http://www.imooc.com/video/9199