【C/C++】析构函数需要定义为虚函数

文章目录

    • 析构函数需要定义为虚函数
    • 析构函数未定义为虚函数时,对象切割与内存泄漏有什么区别?
    • 为什么对象切割会导致程序行为不可测?
    • 解疑:为什么要使用 Animal 类型指针指向 Dog 对象,而不是使用 Dog 类型指针进行指向?

析构函数需要定义为虚函数

下面给出两个例子来证明为什么析构函数需要定义为虚函数。

  1. 内存泄漏问题

假设有一个基类 Animal 和一个派生类 Dog,其中 Animal 中定义了一个指针类型的成员变量 p,并在构造函数中为其分配了内存,而在析构函数中释放该内存。如果 Animal 的析构函数不是虚函数,那么在销毁一个 Dog 对象时,只会调用 Animal 的析构函数,而不会调用 Dog 的析构函数。这就会导致 Dog 中的成员变量 p 没有被正确地释放,从而导致内存泄漏。

class Animal {
public:
    Animal() {
        p = new int;
    }
    ~Animal() {	// 正确写法: virtual ~Animal() {}
        delete p;
    }
private:
    int* p;
};

class Dog : public Animal {
public:
    ~Dog() {
        cout << "Dog destructor" << endl;
    }
};

int main() {
    Animal* animal = new Dog();	// 这个为什么要使用Animal类型指针的指向Dog对象?
    delete animal; // 只会调用 Animal 的析构函数,导致内存泄漏
    return 0;
}

在上面的例子中,首先定义了一个基类 Animal 和一个派生类 Dog,其中 Animal 中定义了一个指针类型的成员变量 p,并在构造函数中为其分配了内存,而在析构函数中释放该内存。然后在 main() 函数中,创建了一个 Dog 对象,并将其赋值给 Animal 类型的指针 animal。最后通过 delete animal 销毁该对象,由于 Animal 的析构函数不是虚函数,只会调用 Animal 的析构函数,而不会调用 Dog 的析构函数,导致 Dog 中的成员变量 p 没有被正确地释放,从而导致内存泄漏。

  1. 对象切片问题

假设有一个基类 Animal 和两个派生类 DogCat,其中 Animal 中定义了一个虚函数 makeSound(),而 DogCat 分别重写了该函数以实现不同的行为。如果 Animal 的析构函数不是虚函数,那么在销毁一个 DogCat 对象时,只会调用 Animal 的析构函数,而不会调用 DogCat 的析构函数。这就会导致对象切片问题,即派生类中的成员变量没有被正确地销毁,从而导致程序出现未定义的行为。

非虚函数析构函数的对象切割(Object Slicing)是指在 C++ 中,如果一个类的析构函数不是虚函数,那么当通过一个基类指针删除一个派生类对象时,只会调用基类的析构函数,而不会调用派生类的析构函数。这是因为在编译时,编译器只知道这个指针的类型是基类类型,而不知道它所指向的对象的真实类型是派生类类型,因此只会调用基类的析构函数。

如果一个类的析构函数不是虚函数,那么在通过基类指针删除派生类对象时,只会调用基类的析构函数,而不会调用派生类的析构函数。这种行为可能会导致派生类中的资源无法被正确地释放,从而出现内存泄漏等问题。

因此,如果在使用继承时,派生类中有资源需要在析构函数中释放,应该将基类的析构函数声明为虚函数,以确保在删除派生类对象时能够正确地调用派生类的析构函数。

所以,如果我们通过一个 Dog 指针删除一个 Dog 对象,而 Dog 的析构函数不是虚函数,那么只会调用 Dog 的析构函数,不会调用 Animal 的析构函数。如果你说会调用 Animal 的析构函数,那可能是因为在 Dog 的析构函数中调用了 Animal 的析构函数,或者是因为你使用了错误的指针类型来删除对象。

class Animal {
public:
    virtual void makeSound() {
        cout << "This is an animal." << endl;
    }
    ~Animal() {
        cout << "Animal destructor" << endl;
    }
};

class Dog : public Animal {
public:
    void makeSound() {
        cout << "This is a dog." << endl;
    }
    ~Dog() {
        cout << "Dog destructor" << endl;
    }
};

class Cat : public Animal {
public:
    void makeSound() {
        cout << "This is a cat." << endl;
    }
    ~Cat() {
        cout << "Cat destructor" << endl;
    }
};

int main() {
    Animal* animal1 = new Dog();
    Animal* animal2 = new Cat();
    delete animal1; // 只会调用 Animal 的析构函数,导致对象切片问题
    delete animal2; // 只会调用 Animal 的析构函数,导致对象切片问题
    return 0;
}

在上面的例子中,首先定义了一个基类 Animal 和两个派生类 DogCat,其中 Animal 中定义了一个虚函数 makeSound(),而 DogCat 分别重写了该函数以实现不同的行为。然后在 main() 函数中,创建了一个 Dog 对象和一个 Cat 对象,并将它们分别赋值给 Animal 类型的指针 animal1animal2。最后通过 delete animal1delete animal2 销毁这两个对象,由于 Animal 的析构函数不是虚函数,只会调用 Animal 的析构函数,而不会调用 DogCat 的析构函数,导致派生类中的成员变量没有被正确地销毁,从而导致对象切片问题。

析构函数未定义为虚函数时,对象切割与内存泄漏有什么区别?

在C++中,如果一个类有虚函数,那么它的析构函数应该被定义为虚函数。如果一个类的析构函数未定义为虚函数,那么在使用基类指针或引用删除派生类对象时,可能会发生对象切割的问题。

对象切割是指当使用基类指针或引用删除派生类对象时,只会调用基类的析构函数,而不会调用派生类的析构函数。这会导致派生类对象中的资源没有被正确释放,从而导致内存泄漏。

为什么对象切割会导致程序行为不可测?

对象切割会导致行为不可测,因为它会导致派生类对象中的资源没有被正确释放,从而可能导致程序的行为不符合预期。具体来说,如果派生类对象中有一些资源(如堆内存、文件句柄等)没有被正确释放,那么这些资源可能会被其他部分的代码所使用,从而导致程序的行为不可预测。

例如,假设有一个基类Animal和一个派生类Dog,其中Dog类中有一个指向堆内存的指针。如果在使用基类指针删除Dog对象时,只调用了基类的析构函数而没有调用Dog类的析构函数,那么Dog对象中的指针所指向的堆内存就没有被正确释放。如果后续的代码中使用了这块未释放的堆内存,那么程序就会出现未定义的行为。

因此,为了避免对象切割导致的行为不可测,应该将基类的析构函数定义为虚函数,以确保正确地调用派生类的析构函数,从而正确地释放派生类对象中的资源。

与内存泄漏相比,对象切割的问题更加严重,因为它会导致程序的行为不可预测,可能会导致程序崩溃或产生其他严重的后果。因此,在使用基类指针或引用删除派生类对象时,应该将基类的析构函数定义为虚函数,以确保正确地调用派生类的析构函数,从而避免对象切割的问题。

解疑:为什么要使用 Animal 类型指针指向 Dog 对象,而不是使用 Dog 类型指针进行指向?

Dog 对象赋值给 Dog 类型的指针,与将 Dog 对象赋值给 Animal 类型的指针是有区别的。具体来说,将 Dog 对象赋值给 Dog 类型的指针,只能调用 Dog 类中定义的函数,而不能调用 Animal 类中定义的函数。而将 Dog 对象赋值给 Animal 类型的指针,则可以根据对象的实际类型来调用相应的函数,从而实现对 Dog 对象的多态访问。

下面是一个示例代码,其中 Animal 类中定义了一个虚函数 makeSound(),而 Dog 类重写了该函数:

class Animal {
public:
    virtual void makeSound() {
        cout << "This is an animal." << endl;
    }
};

class Dog : public Animal {
public:
    void makeSound() {
        cout << "This is a dog." << endl;
    }
};

int main() {
    Dog* dog1 = new Dog();
    dog1->makeSound(); // 输出 "This is a dog."

    Animal* animal = dog1;
    animal->makeSound(); // 输出 "This is a dog."

    Dog* dog2 = (Dog*)animal;
    dog2->makeSound(); // 输出 "This is a dog."

    delete dog1;
    return 0;
}

在上面的代码中,首先定义了一个基类 Animal 和一个派生类 Dog,其中 Animal 中定义了一个虚函数 makeSound(),而 Dog 重写了该函数以实现不同的行为。然后在 main() 函数中,创建了一个 Dog 对象 dog1,并调用了 dog1->makeSound() 函数,输出 “This is a dog.”。接着将 dog1 赋值给 Animal 类型的指针 animal,并调用了 animal->makeSound() 函数,输出 “This is a dog.”。最后将 animal 强制转换为 Dog 类型的指针 dog2,并调用了 dog2->makeSound() 函数,输出 “This is a dog.”。

在上面的代码中,将 Dog 对象赋值给 Dog 类型的指针 dog1,只能调用 Dog 类中定义的函数,而不能调用 Animal 类中定义的函数。而将 Dog 对象赋值给 Animal 类型的指针 animal,可以根据对象的实际类型来调用相应的函数,从而实现对 Dog 对象的多态访问。

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