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漫談析構函數（一）——從一個麵試題開始
在開始我們的內容前，首先讓我們看一道麵試題，題目如下：
說出下段代碼的輸出：
class A
{
public:
virtual void g()
{
cout<<"A::g()"<<endl;
}
private:
virtual void f()
{
cout<<"A::f()"<<endl;
}
};
class B:public A
{
public:
virtual void g()
{
cout<<"B::g()"<<endl;
}
private:
virtual void h()
{
cout<<"B::h()"<<endl;
}
};
typedef void(*Fun)(void);
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
B b;
Fun pFun;
for(int i=0;i<3;i++)
{
pFun=(Fun)*((int*)*(int*)(&b)+i);
pFun();
}
};
思考幾分鍾，看一下程序輸出：
如果你有疑問，或者不理解，我們就開徹底分析下這個程序。首先簡單討論一下虛函數在內存中與Class的關係。
4.1 虛函數的維護
帶有一個虛函數的Class，以下3個操作會在編譯期間發生：
1. 一個虛函數表（vtbl）會被編譯器產生出來，內部存放Class的虛函數地址。（虛函數表是以Class維護的）
2. 每一個Class Object中，一個額外的虛函數表指針（vptr）會被編譯器合成出來，內含vtbl的地址。（vptr是以Class Object維護的）
3. 對虛函數的調用會被改寫，比如b.f(),（f()為虛函數）會被改寫成：(*b.vptr[1])(&b),其中1表示f()在vtbl中的索引，&b代表調用f()的this指針。（可以看出虛函數的調用是需要以間接調用完成，效率相對普通成員函數要低）
此外帶有一個虛函數的Class的默認合成構造函數以及拷貝構造函數不再是trivial，他需要為每個Object的vptr設定初值，使其指向適當的vtbl。
擴展：同理當一個Class直接或間接繼承一個virtual base Class時，也不再表現“位逐次拷貝語義”，默認構造函數和拷貝構造函數也不再是trivial，因為需要正確的設置virtual base Class的偏移。
注：如圖：兩個B的對象之間或兩個D的對象之間調用拷貝構造，“位逐次拷貝”不會發生問題，但是用D的對象給B的對象賦值（此時造成切割）就必須調整vptr和virtual base Class偏移。
4.2 虛函數表中的內容
那麼虛函數表中的“虛函數”都包括哪些呢？總共有以下三類：
（1） 被當前Class覆蓋（override）的base Class中的虛函數
（2） 繼承自base Class的沒有被override的虛函數。
（3） 純虛函數（當前類定義的，或者從base Class繼承來的）
4.3 虛函數的布局
說了這麼多，我們基本可以推斷出程序中Class A,Class B的內存布局情況，如下圖。注：Type_info以後討論，這裏先忽略。
（a）Class A內存布局 （b）Class B 內存布局
從上圖可以看出A,B的對象中沒有數據成員，隻有一個vptr，這個我們可以輸出驗證：
cout<<sizeof(A)<<" "<<sizeof(B)<<endl;（4,4）。
注：虛函數在vtbl中的順序和虛函數在Class中的聲明順序一致。
4.4 pFun=(Fun)*((int*)*(int*)(&b)+i);
相信不少人對程序中這條語句都有迷惑，下麵我們來逐步分析下這條語句的含義。
首先，由程序中typedef語句我們知道Fun是一個函數指針，也就是這句話是要將某個地址轉換成函數地址（指針）。具體步驟如下：
（1） (Fun)*((int*)*(int*)(&b)+i)----------------------------取對象b的地址，由對象的內存布局我們知道對象b的地址和vptr的地址相同，即取vptr的地址。
（2） (Fun)*((int*)*(int*)(&b)+i)----------------------------將vptr的地址強轉成int型地址（指針），即讓編譯器將vptr的地址當做int型指針對待。否則*(&b)會被當做對象b。
（3） (Fun)*((int*)*(int*)(&b)+i)----------------------------得到vptr地址中存放的內容，即vptr（或者說vptr的值，或者說vtbl的地址）。
（4） (Fun)*((int*)*(int*)(&b)+i)----------------------------將vtbl的地址轉為int指針，為之後與整型類型i相加做準備。
（5） (Fun)*((int*)*(int*)(&b)+i)---------------------------- 我們知道指針與整數的相加，移動的是指針所指對象的大小，因為上一步已經轉換為int型指針，所以會移動i*sizeof(int)個字節。
（6） (Fun)*((int*)*(int*)(&b)+i)-----------------------------其實上一步就是將指針移動到vtbl中相應表條目處（存放虛函數的地址），所以這裏取出地址的內容就是對應虛函數的地址。
（7） (Fun)*((int*)*(int*)(&b)+i)------------------------------最後這一步將函數的地址轉換成函數指針，以後後麵調用。
綜上，我們可以知道這句活就是根據i的遞增逐個調用B中的虛函數。而B中的虛函數布局我們已經知道，所以輸出就不難理解了。
注：通過這個例子我們還發現了一個問題，函數f()在基類A中是私有的，而我們卻訪問到了。其實我們將B中的h()聲明為private，輸出結果依然不變，並不會引起訪問權限問題。也就是說可以外界訪問到Class的私有虛函數。這是為什麼呢？我個人的理解是：訪問限定符隻在編譯檢查時候起作用，而在程序執行期間沒有作用，因為從C++的函數名稱修飾規則來看，並沒有將訪問限定符納入其中，所以我們隻要通過了編譯，找到對應的函數地址就能夠調用私有函數，因為在內存中私有函數和公有函數並沒有什麼區別。
最後更新：2017-04-03 12:56:00