C++对象构造与析构

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前言

本文较为详细的研究了C++中包含虚函数继承体系中对象的构造和析构过程。

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一、构造函数

class Base
{
public:
    Base() { v_func(); }
    virtual void v_func() 
    {
        printf("base fun\n");
    }
};

class Derived : public Base
{
public:
    Derived() { v_func(); }
    void v_func() override
    {
        printf("derived fun\n");
    }
};

int main()
{
    Derived d;
} 

将输出：

base fun
derived fun

解释：
调用Derived构造函数，在初始化列表中隐式调用Base构造函数，在构造函数体中不触发动态绑定，所以调用的是Base::v_func，然后再调用Derived::v_func。

二、详细探究

#include <functional>
#include <stdio.h>

class Base
{
public:
    Base() {  this->v_func(); printf("base vptr:%p\n", *(char**)this); }
    virtual void v_func2() {}
    virtual void v_func() 
    {
        printf("base fun\n");
    }

    virtual ~Base() 
    {
        printf("~Base\n");
    }
};

class Derived : public Base
{
public:
    Derived() { this->v_func(); printf("derived vptr:%p\n", *(char**)this); }
    void v_func() override
    {
        printf("derived fun\n");
    }

    void normal_call_test()
    {
        printf("normal_call_test\n");
    }
    virtual ~Derived()
    {
        printf("~Derived\n");
    }
};

int main()
{
    Base b;
    printf("XXbase vptr: %p\n", *(char**)&b);
    Base b2;
    printf("XXbase vptr: %p\n", *(char**)&b2);

    Derived d;
    printf("%d\n", &Base::v_func2);
    printf("%d\n", &Base::v_func);
    printf("%d\n", &Derived::v_func);

    printf("d vptr: %p\n", *(char**)&d);

    std::bind(&Base::v_func, &d)();
    std::bind(&Derived::v_func, &d)();

}

输出：

base fun
base vptr:0x557ff12cf8    # 基类虚表地址
XXbase vptr: 0x557ff12cf8
base fun
base vptr:0x557ff12cf8
XXbase vptr: 0x557ff12cf8
base fun
base vptr:0x557ff12cf8    # 在构造base类部分时vptr指向基类虚表
derived fun
derived vptr:0x557ff12cc8 # 在构造子类部分时vptr又指向了子类虚表
0
8  # 虚函数的地址是个数
8
d vptr: 0x557ff12cc8      # 对象的头8个字节存放该类的虚表指针
derived fun               # 具体调用的函数由对象的实际类型决定
derived fun
~Derived
~Base
~Base
~Base

构造阶段	对象类型 (动态类型)	虚函数表指针 (vptr)	指向 v_func() 调用结果
​​进入 Base 构造函数​​	Base	Base 类的虚函数表 (vtable)	Base::v_func() (打印 “base fun”)
​​进入 Derived 构造函数	​​ Derived	Derived 类的虚函数表 (vtable)	Derived::v_func() (打印 “derived fun”)

1. 构建 Derived 对象 d​​：当执行 Derived d; 时，首先调用基类 Base 的构造函数。

2. ​​在 Base 构造函数中调用 v_func()​​：

   • 此时，Derived 类的部分尚未构造，编译器认为对象的当前类型是 Base。
   • 对象的​​虚函数表指针（vptr）​​ 此时指向 Base 类的虚函数表。 因此，对 v_func() 的调用会​​静态绑定​​到 Base::v_func()，所以第一行输出是 base fun。

3. ​​进入 Derived 构造函数​​：Base 部分构造完成后，开始构造 Derived 部分。

4. 在 Derived 构造函数中调用 v_func()​​：

   • 此时，对象的 Base 部分已初始化完成，对象的完整类型已被视为 Derived。
   • 虚函数表指针（vptr）已经指向 Derived 类的虚函数表。 因此，这里的 v_func() 调用会正常使用虚函数机制，​​动态绑定​​到 Derived::v_func()，所以输出 derived fun。

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总结

• 避免在构造/析构函数中调用虚函数​​： 正如你的代码所展示的，在构造函数中调用虚函数无法实现多态行为。因为这可能导致未定义行为或错误的结果，所以这被视为一个需要特别注意的不良实践。
• ​​析构函数中的类似行为​​： 析构过程中也存在类似情况。当析构一个派生类对象时，首先调用派生类的析构函数，然后调用基类的析构函数。在基类的析构函数执行期间，对象会被视为基类类型，任何虚函数调用都会静态绑定到基类的实现。