C++解析(25)：关于动态内存分配、虚函数和继承中强制类型转换的疑问

0.目录

1.动态内存分配

• 1.1 new和malloc的区别
• 1.2 delete和free的区别

2.虚函数

• 2.1 构造函数与析构函数是否可以成为虚函数？
• 2.2 构造函数与析构函数是否可以发生多态？

3.继承中的强制类型转换

4.小结

1.动态内存分配

1.1 new和malloc的区别

new关键字与malloc函数的区别：

• new关键字是C++的一部分
• malloc是由C库提供的函数
• new以具体类型为单位进行内存分配
• malloc以字节为单位进行内存分配
• new在申请内存空间时可进行初始化
• malloc仅根据需要申请定量的内存空间

下面的代码输出什么？为什么？

示例——new和malloc的区别：

#include <iostream>
#include <cstdlib>

using namespace std;

class Test
{
public:
    Test()
    {
        cout << "Test::Test()" << endl;
    }
};

int main()
{
    Test* pn = new Test;
    Test* pm = (Test*)malloc(sizeof(Test));
    
    return 0;
}

运行结果为：

[root@bogon Desktop]# g++ test.cpp
[root@bogon Desktop]# ./a.out 
Test::Test()

new和malloc的区别：

• new在所有C++编译器中都被支持
• malloc在某些系统开发中是不能调用
• new能够触发构造函数的调用
• malloc仅分配需要的内存空间
• 对象的创建只能使用new
• malloc不适合面向对象开发

1.2 delete和free的区别

下面的代码输出什么？为什么？

示例——delete和free的区别：

#include <iostream>
#include <cstdlib>

using namespace std;

class Test
{
    int* mp;
public:
    Test()
    {
        cout << "Test::Test()" << endl;
        
        mp = new int(100);
        
        cout << *mp << endl;
    }
    ~Test()
    {
        delete mp;
        
        cout << "~Test::Test()" << endl;
    }
};

int main()
{
    Test* pn = new Test;
    Test* pm = (Test*)malloc(sizeof(Test));
    
    free(pn);
    free(pm);
    
    return 0;
}

运行结果为：

[root@bogon Desktop]# g++ test.cpp
[root@bogon Desktop]# ./a.out 
Test::Test()
100

可以看到，free不会触发析构函数，会造成内存泄漏！

delete和free的区别：

• delete在所有C++编译器中都被支持
• free在某些系统开发中是不能调用
• delete能够触发析构函数的调用
• free仅归还之前分配的内存空间
• 对象的销毁只能使用delete
• free不适合面向对象开发

2.虚函数

2.1 构造函数与析构函数是否可以成为虚函数？

构造函数是否可以成为虚函数？析构函数是否可以成为虚函数？
构造函数不可能成为虚函数：

• 在构造函数执行结束后，虚函数表指针才会被正确的初始化

析构函数可以成为虚函数：

• 建议在设计类时将析构函数声明为虚函数

示例——不把析构声明为虚函数：

#include <iostream>

using namespace std;

class Base
{
public:
    Base()
    {
        cout << "Base()" << endl;
    }
    
    ~Base()
    {
        cout << "~Base()" << endl;
    }
};


class Derived : public Base
{
public:
    Derived()
    {
        cout << "Derived()" << endl;
    }
    
    ~Derived()
    {
        cout << "~Derived()" << endl;
    }
};

int main()
{
    Base* p = new Derived();
    
    cout << endl;
    
    delete p;
    
    return 0;
}

运行结果为：

[root@bogon Desktop]# g++ test.cpp
[root@bogon Desktop]# ./a.out 
Base()
Derived()

~Base()

由于没有把析构声明为虚函数，因此，编译器直接根据指针p的类型来决定调用哪一个析构函数，又由于指针p的类型是父类的，所以编译器认为直接调用父类的析构函数就可以了。

示例——把析构声明为虚函数：

#include <iostream>

using namespace std;

class Base
{
public:
    Base()
    {
        cout << "Base()" << endl;
    }
    
    virtual ~Base()
    {
        cout << "~Base()" << endl;
    }
};


class Derived : public Base
{
public:
    Derived()
    {
        cout << "Derived()" << endl;
    }
    
    ~Derived()
    {
        cout << "~Derived()" << endl;
    }
};

int main()
{
    Base* p = new Derived();
    
    cout << endl;
    
    delete p;
    
    return 0;
}

运行结果为：

[root@bogon Desktop]# g++ test.cpp
[root@bogon Desktop]# ./a.out 
Base()
Derived()

~Derived()
~Base()

如果将构造函数声明为虚函数，报错信息如下：

error: constructors cannot be declared virtual

2.2 构造函数与析构函数是否可以发生多态？

构造函数中是否可以发生多态？析构函数中是否可以发生多态？
构造函数中不可能发生多态行为：

• 在构造函数执行时，虚函数表指针未被正确初始化

析构函数中不可能发生多态行为：

• 在析构函数执行时，虚函数表指针已经被销毁

构造函数和析构函数中不能发生多态行为，只调用当前类中定义的函数版本！！

示例——构造函数和析构函数中不可能发生多态：

#include <iostream>

using namespace std;

class Base
{
public:
    Base()
    {
        cout << "Base()" << endl;
        func();
    }
    
    virtual void func() 
    {
        cout << "Base::func()" << endl;
    }
    
    virtual ~Base()
    {
        func();
        cout << "~Base()" << endl;
    }
};


class Derived : public Base
{
public:
    Derived()
    {
        cout << "Derived()" << endl;
        func();
    }
    
    virtual void func()
    {
        cout << "Derived::func()" << endl;
    }
    
    ~Derived()
    {
        func();
        cout << "~Derived()" << endl;
    }
};

int main()
{
    Base* p = new Derived();
    
    cout << endl;
    
    delete p;
    
    return 0;
}

运行结果为：

[root@bogon Desktop]# g++ test.cpp
[root@bogon Desktop]# ./a.out 
Base()
Base::func()
Derived()
Derived::func()

Derived::func()
~Derived()
Base::func()
~Base()

3.继承中的强制类型转换

继承中如何正确的使用强制类型转换？

dynamic_cast是与继承相关的类型转换关键字
dynamic_cast要求相关的类中必须有虚函数
用于有直接或者间接继承关系的指针(引用)之间

• 指针：
  1. 转换成功：得到目标类型的指针
  2. 转换失败：得到一个空指针
• 引用：
  1. 转换成功：得到目标类型的引用
  2. 转换失败：得到一个异常操作信息

编译器会检查dynamic_cast的使用是否正确
类型转换的结果只可能在运行阶段才能得到

示例——dynamic_cast的使用：

#include <iostream>

using namespace std;

class Base
{
public:
    Base()
    {
        cout << "Base::Base()" << endl;
    }
    
    virtual ~Base()
    {
        cout << "Base::~Base()" << endl;
    }
};

class Derived : public Base
{
};

int main()
{
    Base* p = new Base;
    
    Derived* pd = dynamic_cast<Derived*>(p);
    
    if( pd != NULL )
    {
        cout << "pd = " << pd << endl;
    }
    else
    {
        cout << "Cast error!" << endl;
    }
    
    delete p;
    
    return 0;
}

运行结果为：

[root@bogon Desktop]# g++ test.cpp
[root@bogon Desktop]# ./a.out 
Base::Base()
Cast error!
Base::~Base()

4.小结

• new / delete会触发构造函数或者析构函数的调用
• 构造函数不能成为虚函数
• 析构函数可以成为虚函数
• 构造函数和析构函数中都无法产生多态行为
• dynamic_cast是与继承相关的专用转换关键字