C++之析构函数与虚函数

一个例子

class Base {    public:        Base() {   }        ~Base() { cout << "Base 析构" << endl; }    };    class Derived :public Base {    public:        int a;        Derived() {   };        ~Derived() { cout << "Derived析构" << endl; };    };    Base *p;    p = new Derived;    cout << "*p的大小为" << sizeof(*p) << endl;    cout << "Derived 的大小为" << sizeof(Derived) << endl;    delete p;

输出结果是：
*p的大小为1
Derived的大小为4
Base 析构

class Base {    public:        Base() {   }        virtual ~Base() { cout << "Base 析构" << endl; }    };    class Derived :public Base {    public:        int a;        Derived() {   };        ~Derived() { cout << "Derived析构" << endl; };    };    Base *p;    p = new Derived;    cout << "*p 的大小为" << sizeof(*p) << endl;    cout << "Derived 的大小为" << sizeof(Derived) << endl;    delete p;

输出结果是：
*p的大小为4
Derived的大小为8
Derived析构
Base 析构

所以： 为什么基类的析构函数要声明成虚函数
第一种情况会发生销毁不完全的情况，因为delete p调用的是声明类型(即基类)的析构函数，所以只能销毁基类对象而无法销毁派生类对象。
当基类的析构函数声明为虚函数，那么派生类的析构函数也是虚函数，此时调用delete p时发生动态绑定，运行时会根据实际类型调用该对象的虚函数。

当然，并不是要把所有类的析构函数都写成虚函数。只有当一个类是基类(即希望被继承)的时候才需要声明成虚函数，因为虚函数的作用是实现多态，而多态是建立在继承的基础上。单一类不能把析构函数写成虚函数，因为会产生额外的开销，比如虚表的创建和虚指针的定义。

关于虚函数和虚表的思考

多态：
C++中的虚函数的作用主要是实现了多态的机制。关于多态，简而言之就是用父类型别的指针指向其子类的实例，然后通过父类的指针调用实际子类的成员函数。这种技术可以让父类的指针有“多种形态”，这是一种泛型技术。所谓泛型技术，说白了就是试图使用不变的代码来实现可变的算法。比如：模板技术，RTTI技术，虚函数技术，要么是试图做到在编译时决议，要么试图做到运行时决议。

先看一段程序：

typedef void(*Fun)(void);    Base b;    Fun pFun = NULL;    cout << "虚函数表地址：" << (int*)(&b) << endl;    cout << "虚函数表 — 第一个函数地址：" << (int*)*(int*)(&b) << endl;    // Invoke the first virtual function     pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&b));    pFun();    pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&b) + 1);// Base::g()    pFun();    pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&b) + 2); // Base::h()    pFun();

运行结果：

虚函数表地址：0018FDCC虚函数表 — 第一个函数地址：00B38B34Base::fBase::gBase::h

解释：http://blog.csdn.net/haoel/article/details/1948051/

通过这个示例，我们可以看到，我们可以通过强行把&b转成int *，取得虚函数表的地址，然后，再次取址就可以得到第一个虚函数的地址了，也就是Base::f()，这在上面的程序中得到了验证（把int* 强制转成了函数指针）。通过这个示例，我们就可以知道如果要调用Base::g()和Base::h()，其代码如下：

            (Fun)*((int*)*(int*)(&b)+0);  // Base::f()            (Fun)*((int*)*(int*)(&b)+1);  // Base::g()            (Fun)*((int*)*(int*)(&b)+2);  // Base::h()

一般继承（无虚函数覆盖）

再看一个例子：

class Base {public:    virtual void f() { cout << "Base::f" << endl; }    virtual void g() { cout << "Base::g" << endl; }    virtual void h() { cout << "Base::h" << endl; }};class Derived:public Base{public:    virtual void f1() { cout << "Base::f1" << endl; }    virtual void g1() { cout << "Base::g1" << endl; }    virtual void h1() { cout << "Base::h1" << endl; }};Derived d;    cout << sizeof(d) << endl;//4    pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&d)+0);    pFun();    pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&d)+1);    pFun();    pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&d) + 2);    pFun();    pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&d) + 3);    pFun();    pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&d) + 4);    pFun();    pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&d) + 5);    pFun();

结果：

Base::fBase::gBase::hBase::f1//（注意这里调用的是Derived函数，f1）Base::g1Base::h1

具体解释：http://blog.csdn.net/haoel/article/details/1948051/
请注意，在这个继承关系中，子类没有重载任何父类的函数。那么，在派生类的实例中，其虚函数表如下所示：

我们可以看到下面几点：
1）虚函数按照其声明顺序放于表中。
2）父类的虚函数在子类的虚函数前面。

一般继承（有虚函数覆盖）

覆盖父类的虚函数是很显然的事情，不然，虚函数就变得毫无意义。下面，我们来看一下，如果子类中有虚函数重载了父类的虚函数，会是一个什么样子？假设，我们有下面这样的一个继承关系。

为了让大家看到被继承过后的效果，在这个类的设计中，我只覆盖了父类的一个函数：f()。那么，对于派生类的实例，其虚函数表会是下面的一个样子：

我们从表中可以看到下面几点，
1）覆盖的f()函数被放到了虚表中原来父类虚函数的位置。
2）没有被覆盖的函数依旧。

这样，我们就可以看到对于下面这样的程序，

        Base *b = new Derive();        b->f();

由b所指的内存中的虚函数表的f()的位置已经被Derive::f()函数地址所取代，于是在实际调用发生时，是Derive::f()被调用了。这就实现了多态。

测试程序：

Derived d;    cout << sizeof(d) << endl;//4    pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&d)+0);    pFun();    pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&d)+1);    pFun();    pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&d) + 2);    pFun();    pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&d) + 3);    pFun();    pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&d) + 4);    pFun();    /*pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&d) + 5);    pFun();*/    Base *c = new Derived();    c->f();

Derived::fBase::gBase::hDerived::g1Derived::h1Derived::f

和上面分析的结果是一致的！！！

多重继承（无虚函数覆盖）

下面，再让我们来看看多重继承中的情况，假设有下面这样一个类的继承关系。注意：子类并没有覆盖父类的函数。

对于子类实例中的虚函数表，是下面这个样子：

我们可以看到：
1） 每个父类都有自己的虚表。
2） 子类的成员函数被放到了第一个父类的表中。（所谓的第一个父类是按照声明顺序来判断的）

这样做就是为了解决不同的父类类型的指针指向同一个子类实例，而能够调用到实际的函数。

测试：

class Base1 {    public:        virtual void f1() { cout << "Base1::f" << endl; }        virtual void g1() { cout << "Base1::g" << endl; }        virtual void h1() { cout << "Base1::h" << endl; }    };    class Base2 {    public:        virtual void f2() { cout << "Base2::f" << endl; }        virtual void g2() { cout << "Base2::g" << endl; }        virtual void h2() { cout << "Base2::h" << endl; }    };    class Base3 {    public:        virtual void f3() { cout << "Base3::f" << endl; }        virtual void g3() { cout << "Base3::g" << endl; }        virtual void h3() { cout << "Base3::h" << endl; }    };    class Derived1 :public Base1, public Base2, public Base3    {    public:        virtual void f() { cout << "Derived1::f" << endl; }        virtual void g() { cout << "Derived1::g" << endl; }        virtual void h() { cout << "Derived1::h" << endl; }    };    cout << endl << endl << endl;    Derived1 d1;    pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&d1) + 0);    pFun();    pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&d1) + 1);    pFun();    pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&d1) + 2);    pFun();    pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&d1) +3);    pFun();    pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&d1) + 4);    pFun();    pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&d1) + 5);    pFun();

Base1::fBase1::gBase1::hDerived1::fDerived1::gDerived1::h

多重继承（有虚函数覆盖）

下面我们再来看看，如果发生虚函数覆盖的情况。

下图中，我们在子类中覆盖了父类的f()函数。

下面是对于子类实例中的虚函数表的图：

我们可以看见，三个父类虚函数表中的f()的位置被替换成了子类的函数指针。这样，我们就可以任一静态类型的父类来指向子类，并调用子类的f()了。如：

        Derive d;        Base1 *b1 = &d;        Base2 *b2 = &d;        Base3 *b3 = &d;        b1->f(); //Derive::f()        b2->f(); //Derive::f()        b3->f(); //Derive::f()        b1->g(); //Base1::g()        b2->g(); //Base2::g()        b3->g(); //Base3::g()        ```

安全性

每次写C++的文章，总免不了要批判一下C++。这篇文章也不例外。通过上面的讲述，相信我们对虚函数表有一个比较细致的了解了。水可载舟，亦可覆舟。下面，让我们来看看我们可以用虚函数表来干点什么坏事吧。

一、通过父类型的指针访问子类自己的虚函数
我们知道，子类没有重载父类的虚函数是一件毫无意义的事情。因为多态也是要基于函数重载的。虽然在上面的图中我们可以看到Base1的虚表中有Derive的虚函数，但我们根本不可能使用下面的语句来调用子类的自有虚函数：

      Base1 *b1 = new Derive();        b1->f1();  //编译出错

任何妄图使用父类指针想调用子类中的未覆盖父类的成员函数的行为都会被编译器视为非法，所以，这样的程序根本无法编译通过。但在运行时，我们可以通过指针的方式访问虚函数表来达到违反C++语义的行为。（关于这方面的尝试，通过阅读后面附录的代码，相信你可以做到这一点）
二、访问non-public的虚函数
另外，如果父类的虚函数是private或是protected的，但这些非public的虚函数同样会存在于虚函数表中，所以，我们同样可以使用访问虚函数表的方式来访问这些non-public的虚函数，这是很容易做到的。

如：

class Base {    private:            virtual void f() { cout << "Base::f" << endl; }};class Derive : public Base{};typedef void(*Fun)(void);void main() {    Derive d;    Fun  pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&d)+0);    pFun();}

额外的测试

class Base1 {    public:        virtual void f1() { cout << "Base1::f" << endl; }        virtual void g1() { cout << "Base1::g" << endl; }        virtual void h1() { cout << "Base1::h" << endl; }    };    class Base2 {    public:        virtual void f2() { cout << "Base2::f" << endl; }        virtual void g2() { cout << "Base2::g" << endl; }        virtual void h2() { cout << "Base2::h" << endl; }    };    class Base3 {    public:        virtual void f3() { cout << "Base3::f" << endl; }        virtual void g3() { cout << "Base3::g" << endl; }        virtual void h3() { cout << "Base3::h" << endl; }    };    class Derived1 :public Base1, public Base2, public Base3//Derived1中没有虚函数    {    public:         void f() { cout << "Derived1::f" << endl; }         void g() { cout << "Derived1::g" << endl; }         void h() { cout << "Derived1::h" << endl; }    };    cout << endl << endl << endl;    Derived1 d1;    cout << sizeof(d1) << endl;    pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&d1) + 0);    pFun();    pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&d1) + 1);    pFun();    pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&d1) + 2);    pFun();

结果：

12Base1::fBase1::gBase1::h

虚继承

虚继承和虚基类的定义是非常的简单的，同时也是非常容易判断一个继承是否是虚继承的，虽然这两个概念的定义是非常的简单明确的，但是在C++语言中虚继承作为一个比较生僻的但是又是绝对必要的组成部份而存在着，并且其行为和模型均表现出和一般的继承体系之间的巨大的差异（包括访问性能上的差异），现在我们就来彻底的从语言、模型、性能和应用等多个方面对虚继承和虚基类进行研究。
首先还是先给出虚继承和虚基类的定义。
虚继承：在继承定义中包含了virtual关键字的继承关系；
虚基类：在虚继承体系中的通过virtual继承而来的基类，需要注意的是：
struct CSubClass : public virtual CBase {}; 其中CBase称之为CSubClass
的虚基类，而不是说CBase就是个虚基类，因为CBase还可以作为不是虚继承体系中的基类。
有了上面的定义后，就可以开始虚继承和虚基类的本质研究了，下面按照语法、语义、模型、性能和应用五个方面进行全面的描述。

三种访问权限和三种继承

三种继承参见：
http://blog.csdn.net/luoweifu/article/details/46953343

一个非常好的总结：
详细如下：

1. 如果子类从父类继承时使用的继承限定符是public，那么
   (1)父类的public成员成为子类的public成员，允许类以外的代码访问这些成员；
   (2)父类的private成员仍旧是父类的private成员，子类成员不可以访问这些成员；
   (3)父类的protected成员成为子类的protected成员，只允许子类成员访问；（外部代码不可访问）

2.如果子类从父类继承时使用的继承限定符是private，那么（所有类型外部不可以访问）
(1)父类的public成员成为子类的private成员，只允许子类成员访问；
(2)父类的private成员仍旧是父类的private成员，子类成员不可以访问这些成员；
(3)父类的protected成员成为子类的private成员，只允许子类成员访问；
3.如果子类从父类继承时使用的继承限定符是protected，那么（所有类型外部不可以访问）
(1)父类的public成员成为子类的protected成员，只允许子类成员访问；
(2)父类的private成员仍旧是父类的private成员，子类成员不可以访问这些成员；
(3)父类的protected成员成为子类的protected成员，只允许子类成员访问；

特别要注意的有2点1. C++ 基类私有成员被子类继承，但不能被子类被访问，派生类会从其基类接收所有成员，包括私有成员，这些私有成员只能在基类内被直接使用，不能在派生类或者类外直接使用。所以说私有，不是独自拥有，而是说基类私有直接使用权。2. Protected成员可以被派生类对象访问但是不能被该类型的普通用户访问。派生类只能通过派生类对象访问其基类的protected成员，派生类对其基类类型对象的protected成员没有特殊访问权限