C++的靜態(tài)聯(lián)編和動(dòng)態(tài)聯(lián)編
最近在看析構(gòu)函數(shù)的內(nèi)容,看到一些講的比較好的文章,這里我也有了一些我自己的體會(huì),在這里一并記錄一下。
聯(lián)編是指一個(gè)計(jì)算機(jī)程序自身彼此關(guān)聯(lián)的過(guò)程,在這個(gè)聯(lián)編過(guò)程中,需要確定程序中的 操作調(diào)用(函數(shù)調(diào)用) 與 執(zhí)行該操作(函數(shù)) 的代碼段之間的映射關(guān)系。
意思就是這個(gè)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)有多種,聯(lián)編就是把調(diào)用和對(duì)應(yīng)的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行映射的操作。
按照聯(lián)編進(jìn)行的階段不同,可分為靜態(tài)聯(lián)編和動(dòng)態(tài)聯(lián)編。
靜態(tài)聯(lián)編
靜態(tài)聯(lián)編工作是在程序編譯連接階段進(jìn)行的,這種聯(lián)編又稱為早期聯(lián)編,因?yàn)檫@種聯(lián)編實(shí)在 程序開(kāi)始運(yùn)行之前 完成的。在程序編譯階段進(jìn)行的這種聯(lián)編在編譯時(shí)就解決了程序的操作調(diào)用與執(zhí)行該操作代碼間的關(guān)系。
動(dòng)態(tài)聯(lián)編
編譯程序在編譯階段并不能確切地指導(dǎo)將要調(diào)用的函數(shù),只有在程序執(zhí)行時(shí)才能確定將要調(diào)用的函數(shù),為此要確切地指導(dǎo)將要調(diào)用的函數(shù),要求聯(lián)編工作在程序運(yùn)行時(shí)進(jìn)行,這種在 程序運(yùn)行時(shí)進(jìn)行的 聯(lián)編工作被稱為動(dòng)態(tài)聯(lián)編。 C++中,動(dòng)態(tài)聯(lián)編是在虛函數(shù)的支持下實(shí)現(xiàn)的 。
靜態(tài)聯(lián)編和動(dòng)態(tài)聯(lián)編都是屬于多態(tài)性的,他們?cè)诓煌碾A段對(duì)不同的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行不同的選擇。
動(dòng)態(tài)聯(lián)編需要虛函數(shù)的支持,這是因?yàn)樘摵瘮?shù)的工作原理決定的,而正是因?yàn)槭褂昧颂摵瘮?shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)聯(lián)編,也讓動(dòng)態(tài)聯(lián)編的效率略低于靜態(tài)聯(lián)編。通常,編譯器處理虛函數(shù)的方法是: 給每個(gè)對(duì)象添加一個(gè)隱藏成員,隱藏成員保存了一個(gè)指向函數(shù)地址數(shù)組的指針 ,這個(gè)數(shù)組就是虛函數(shù)表(virtual function table, vtbl)。虛函數(shù)表中存儲(chǔ)了為類(lèi)對(duì)象進(jìn)行聲明的虛函數(shù)的地址,調(diào)用虛函數(shù)時(shí),程序?qū)⒉榭创鎯?chǔ)在對(duì)象中的vtbl地址,然后轉(zhuǎn)向相應(yīng)的函數(shù)地址表,如果使用類(lèi)聲明中定義的第一個(gè)虛函數(shù),則程序?qū)⑹褂脭?shù)組中的第一個(gè)函數(shù)地址,并執(zhí)行具有該地址的函數(shù),如果使用類(lèi)聲明中的第三個(gè)虛函數(shù),程序?qū)⑹褂玫刂肺粩?shù)組中第三個(gè)元素的函數(shù)。
虛函數(shù)這個(gè)概念是C++的精華之一。遇到虛函數(shù)時(shí)要注意:
定義一個(gè)函數(shù)為虛函數(shù),不代表函數(shù)為不被實(shí)現(xiàn)的函數(shù)(可以有自己的實(shí)現(xiàn))
定義他位虛函數(shù)是為了允許用基類(lèi)的指針來(lái)調(diào)用子類(lèi)的這個(gè)函數(shù)(提供了基類(lèi)調(diào)用子類(lèi)函數(shù)的方式)
定義一個(gè)函數(shù)為純虛函數(shù),才代表函數(shù)沒(méi)有被實(shí)現(xiàn)(聲明后面接=0 virtual func() = 0 此時(shí)派生類(lèi)必須要實(shí)現(xiàn)此虛函數(shù))
具有純虛函數(shù)的類(lèi)是 抽象類(lèi) ,不能用于生成對(duì)象(即不能實(shí)例化),只能派生,他派生的類(lèi)如果沒(méi)有實(shí)現(xiàn)純虛函數(shù),那么他的派生類(lèi)還是抽象函數(shù)。
虛析構(gòu)函數(shù)
虛析構(gòu)函數(shù)顧名思義就是將析構(gòu)函數(shù)定義為虛函數(shù)。如果我們?cè)谂缮蟹峙淞藘?nèi)存空間,但是基類(lèi)的析構(gòu)函數(shù)不是虛析構(gòu)函數(shù),就會(huì)發(fā)生內(nèi)存泄漏。先看一個(gè)例子
#include <iostream> using namespace std; class Base { public: Base(){ data = new char[10];} ~Base(){ cout << "destroying Base data[]\n";delete []data;} private: char *data; }; class Derive: public Base { public: Derive(){ D_data = new char[10];} ~Derive(){ cout << "destroying Derive data[]\n";delete []D_data;} private: char *D_data; }; int main() { Base *basePtr = new Derive(); delete basePtr; return 0; }
輸出結(jié)果:
$ ./a.out destroying Base data[]
在這個(gè)例子中,派生類(lèi)的析構(gòu)函數(shù)并沒(méi)有被調(diào)用,這在大的項(xiàng)目中就是一個(gè)災(zāi)難。究其原因是我們?cè)趍ain函數(shù)中定義了一個(gè)Base的指針,當(dāng)我們delete一個(gè)動(dòng)態(tài)分配的Base指針時(shí),Base指針此時(shí)卻指向了Derive類(lèi)型的對(duì)象,但編譯器還是按照Base類(lèi)型調(diào)用了析構(gòu)函數(shù),沒(méi)有執(zhí)行Derive類(lèi)型的虛析構(gòu)函數(shù)。修改Base類(lèi)的析構(gòu)函數(shù)為虛析構(gòu)函數(shù)即可以確保執(zhí)行正確的析構(gòu)函數(shù)版本。
最后總結(jié)一下關(guān)于虛函數(shù)的一些常見(jiàn)問(wèn)題:
- 虛函數(shù)是動(dòng)態(tài)綁定的,也就是說(shuō),使用虛函數(shù)的指針和引用能夠正確找到實(shí)際類(lèi)的對(duì)應(yīng)函數(shù),而不是執(zhí)行定義類(lèi)的函數(shù),這就是虛函數(shù)的基本功能。
- 構(gòu)造函數(shù)不能是虛函數(shù)。而且,在構(gòu)造函數(shù)中調(diào)用虛函數(shù),實(shí)際執(zhí)行的是父類(lèi)的對(duì)應(yīng)函數(shù),因?yàn)樽约哼€么有構(gòu)造好,多態(tài)此時(shí)是被disable的。
- 析構(gòu)函數(shù)可以是虛函數(shù),而且,在一個(gè)復(fù)雜類(lèi)結(jié)構(gòu)中,這往往是必須的。
- 將基類(lèi)中的一個(gè)函數(shù)定義為純虛函數(shù),實(shí)際上是將這個(gè)類(lèi)定義位抽象類(lèi),不能實(shí)例化對(duì)象。
- 純虛函數(shù)通常沒(méi)有定義體,但也可以擁有。(如果Base的析構(gòu)函數(shù)為純虛函數(shù),那么在類(lèi)外定義Base::~Base(){…}的方式來(lái)定義其定義體)
- 析構(gòu)函數(shù)可以是純虛的,但純虛析構(gòu)函數(shù)必須有定義體,因?yàn)槲鰳?gòu)函數(shù)的調(diào)用是在子類(lèi)中隱含的。
- 非純的虛函數(shù)必須有定義體,不然是一個(gè)錯(cuò)誤。
- 派生類(lèi)的override虛函數(shù)定義必須和父類(lèi)完全一致,除了一個(gè)特例,如果父類(lèi)返回值是一個(gè)指針或引用,子類(lèi)override時(shí)可以返回這個(gè)指針(或引用)的派生。如在Base中定義了virtual Base clone();在Derive中可以定義virtual Derive clone()。
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