C++的靜態聯編和動態聯編

2020-01-26 14:41:30

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供稿：網友

最近在看析構函數的內容，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，在這里一并記錄一下。

聯編是指一個計算機程序自身彼此關聯的過程，在這個聯編過程中，需要確定程序中的操作調用(函數調用) 與執行該操作(函數) 的代碼段之間的映射關系。

意思就是這個函數的實現有多種，聯編就是把調用和對應的實現進行映射的操作。

按照聯編進行的階段不同，可分為靜態聯編和動態聯編。

靜態聯編

靜態聯編工作是在程序編譯連接階段進行的，這種聯編又稱為早期聯編，因為這種聯編實在程序開始運行之前完成的。在程序編譯階段進行的這種聯編在編譯時就解決了程序的操作調用與執行該操作代碼間的關系。

動態聯編

編譯程序在編譯階段并不能確切地指導將要調用的函數，只有在程序執行時才能確定將要調用的函數，為此要確切地指導將要調用的函數，要求聯編工作在程序運行時進行，這種在程序運行時進行的聯編工作被稱為動態聯編。 C++中，動態聯編是在虛函數的支持下實現的。

靜態聯編和動態聯編都是屬于多態性的，他們在不同的階段對不同的實現進行不同的選擇。

動態聯編需要虛函數的支持，這是因為虛函數的工作原理決定的，而正是因為使用了虛函數來實現動態聯編，也讓動態聯編的效率略低于靜態聯編。通常，編譯器處理虛函數的方法是：給每個對象添加一個隱藏成員，隱藏成員保存了一個指向函數地址數組的指針，這個數組就是虛函數表(virtual function table, vtbl)。虛函數表中存儲了為類對象進行聲明的虛函數的地址，調用虛函數時，程序將查看存儲在對象中的vtbl地址，然后轉向相應的函數地址表，如果使用類聲明中定義的第一個虛函數，則程序將使用數組中的第一個函數地址，并執行具有該地址的函數，如果使用類聲明中的第三個虛函數，程序將使用地址位數組中第三個元素的函數。

虛函數這個概念是C++的精華之一。遇到虛函數時要注意：

定義一個函數為虛函數，不代表函數為不被實現的函數(可以有自己的實現)

定義他位虛函數是為了允許用基類的指針來調用子類的這個函數(提供了基類調用子類函數的方式)

定義一個函數為純虛函數，才代表函數沒有被實現(聲明后面接=0 virtual func() = 0 此時派生類必須要實現此虛函數)

具有純虛函數的類是抽象類，不能用于生成對象（即不能實例化），只能派生，他派生的類如果沒有實現純虛函數，那么他的派生類還是抽象函數。

虛析構函數

虛析構函數顧名思義就是將析構函數定義為虛函數。如果我們在派生中分配了內存空間，但是基類的析構函數不是虛析構函數，就會發生內存泄漏。先看一個例子

#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;}

輸出結果：

$ ./a.outdestroying Base data[]

在這個例子中，派生類的析構函數并沒有被調用，這在大的項目中就是一個災難。究其原因是我們在main函數中定義了一個Base的指針，當我們delete一個動態分配的Base指針時，Base指針此時卻指向了Derive類型的對象，但編譯器還是按照Base類型調用了析構函數，沒有執行Derive類型的虛析構函數。修改Base類的析構函數為虛析構函數即可以確保執行正確的析構函數版本。

最后總結一下關于虛函數的一些常見問題：

虛函數是動態綁定的，也就是說，使用虛函數的指針和引用能夠正確找到實際類的對應函數，而不是執行定義類的函數，這就是虛函數的基本功能。
構造函數不能是虛函數。而且，在構造函數中調用虛函數，實際執行的是父類的對應函數，因為自己還么有構造好，多態此時是被disable的。
析構函數可以是虛函數，而且，在一個復雜類結構中，這往往是必須的。
將基類中的一個函數定義為純虛函數，實際上是將這個類定義位抽象類，不能實例化對象。
純虛函數通常沒有定義體，但也可以擁有。（如果Base的析構函數為純虛函數，那么在類外定義Base::~Base(){…}的方式來定義其定義體）
析構函數可以是純虛的，但純虛析構函數必須有定義體，因為析構函數的調用是在子類中隱含的。
非純的虛函數必須有定義體，不然是一個錯誤。
派生類的override虛函數定義必須和父類完全一致，除了一個特例，如果父類返回值是一個指針或引用，子類override時可以返回這個指針(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()。