C++的虛函數表和虛析構

1、虛函數表

虛函數表是C++實現多態的基礎，多態是面向對象的三大特性之一，多態有利於提高代碼的可讀性，便於后期代碼的擴展和維護。我們都知道多態的實現是基於虛函數表，那么虛函數表是什么時候創建的呢？虛函數表是怎么實現多態的功能的呢？

首先應該明確多態也稱為動態多態，他是在程序運行時候確定函數地址的，也就是程序在運行時，如果類成員函數加了virtual關鍵字，就會建立一個虛函數指針（vfptr）指針指向一個虛函數表，這個虛函數表就保存了虛函數的地址，子類繼承父類也自然繼承了虛函數指針，當子類重寫父類的虛函數時，虛函數指針所指向的虛函數表中的虛函數地址就會被覆蓋，替換成子類的虛函數地址。也就是通過父類的虛函數指針找到了子類的虛函數地址，進而執行這個函數。下面我們通過代碼進行詳細說明：

#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;

}

代碼運行結果為：

 

 因為函數成員不占用類的大小，所以對Base類和Son類輸出大小，都是一個字節，這一個字節是為了可以實例化類，通過引用基類引用派生類，調用func函數，函數調用了基類的func，那么如果我們加上virtual關鍵字后，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;

}

代碼運行結果為：

 

 可以看到加了virtual關鍵字后，父類和子類的大小都變成了四字節，這是因為生成了虛函數指針，指針指向虛函數表，虛函數表存儲了虛函數地址，繼承了父類的子類重寫了虛函數，虛函數表中的函數地址被替換，再次調用虛函數就是調用了子類的函數func。

2、虛析構

虛析構主要是為了解決子類中有屬性開辟到堆區，父類指針調用函數時，無法調用到子類的析構代碼，導致子類堆區內存無法釋放。

首先我們看一下子類堆區內存開辟，通過父類指針來調用函數，捕捉他們的構造函數和析構函數看下運行結果：

#include <iostream>
using namespace std;

class Base{
public:
    Base(){
        cout << "Base 的構造函數調用" << endl;
    }

    ~Base(){
        cout << "Base 的析構函數調用" << endl;
    }
    virtual void func(){
        cout << "Base func" << endl;
    }
};

class Son: public Base{
public:
    Son(int val):m_val(new int (val)) {
        cout << "Son 的構造函數調用" << endl;
    }

    ~Son(){
        cout << "Son 的析構函數調用" << endl;
        if (m_val != NULL) {
            
            delete m_val;
            cout << "Son 析構函數的堆內存釋放" << endl;
            m_val = NULL;
        }
    }
    void func(){
        cout << "Son func" << endl;
    }

    void funcTest(){
        cout << "funcTest 函數調用" << endl;
    }

    int* m_val = NULL;
};


void test() {
   
    Base *base = new Son(10);
    base->func();
    //base->funcTest(); //無法調用，因為虛函數表中不能找到這個函數的地址
    delete base;
    base = NULL;
}


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

}

代碼運行結果為：

 

 可以明確，通過父類指針來調用函數的時候，無法調用Son類的析構函數，在Son類在堆區上申請的內存就無法釋放，造成內存泄漏。Son類的析構函數不能調用的主要原因就是在虛函數表中找不到Son的析構函數地址，解決辦法就是把Base類的寫成虛析構函數或者純虛析構函數，下面給出Base類為純虛析構函數的代碼和運行結果：

#include <iostream>
using namespace std;

class Base{
public:
    Base(){
        cout << "Base 的構造函數調用" << endl;
    }
    virtual ~Base() = 0;

    virtual void func(){
        cout << "Base func" << endl;
    }
};
    Base :: ~Base(){
        cout << "Base 的析構函數調用" << endl;
    }

class Son: public Base{
public:
    Son(int val):m_val(new int (val)) {
        cout << "Son 的構造函數調用" << endl;
    }

    ~Son(){
        cout << "Son 的析構函數調用" << endl;
        if (m_val != NULL) {
            
            delete m_val;
            cout << "Son 析構函數的堆內存釋放" << endl;
            m_val = NULL;
        }
    }
    void func(){
        cout << "Son func" << endl;
    }

    void funcTest(){
        cout << "funcTest 函數調用" << endl;
    }

    int* m_val = NULL;
};


void test() {
   
    Base *base = new Son(10);
    base->func();
    //base->funcTest(); //無法調用，因為虛函數表中不能找到這個函數的地址
    delete base;
    base = NULL;
}


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

}

代碼運行結果為：

 

 可以看到只要把Base類的析構函數寫成虛析構函數或純虛析構函數，通過父類指針調用函數，子類的析構代碼會被調用，子類堆區內存得到釋放。