“C++的数组不支持多态”?
先是在微博上看到了个微博和云风的评论,然后我回了“楼主对C的内存管理不了解”。
后来引发了很多人的讨论,大量的人又借机来黑C++,比如:
//@Baidu-ThursdayWang:这不就c++弱爆了的地方吗,需要记忆太多东西
//@编程浪子张发财:这个跟C关系真不大。不过我得验证一下,感觉真的不应该是这样的。如果基类的析构这种情况不能 调用,就太弱了。
//@程序元:现在看来,当初由于毅力不够而没有深入纠缠c++语言特性的各种犄角旮旯的坑爹细枝末节,实是幸事。为现在还沉浸于这些诡异特性并乐此不疲的同志们感到忧伤。
然后,也出现了一些乱七八糟的理解:
//@BA5BO: 数组是基于拷贝的,而多态是基于指针的,派生类赋值给基类数组只是拷贝复制了一个基类新对象,当然不需要派生类析构函数
//@编程浪子张发财:我突然理解是怎么回事了,这种情况下数组中各元素都是等长结构体,类型必须一致,的确没法多态。这跟C#和java不同。后两者对于引用类型存放的是对象指针。
等等,看来我必需要写一篇博客以正视听了。
因为没有看到上下文,我就猜测讨论的可能会是下面这两种情况之一:
1) 一个Base*[]的指针数组中,存放了一堆派生类的指针,这样,你delete [] pBase; 只是把指针数组给删除了,并没有删除指针所指向的对象。这个是最基础的C的问题。你先得for这个指针数组,把数据里的对象都delete掉,然后再删除数组。很明显,这和C++没有什么关系。
2)第二种可能是:Base *pBase = new Derived[n] 这样的情况。这种情况下,delete[] pBase 明显不会调用虚析构函数(当然,这并不一定,我后面会说) ,这就是上面云风回的微博。对此,我觉得如果是这个样子,这个程序员完全没有搞懂C语言中的指针和数组是怎么一回事,也没有搞清楚, 什么是对象,什么是对象的指针和引用,这完全就是C语言没有学好。
后来,在看到了 @GeniusVczh 的原文 《如何设计一门语言(一)——什么是坑(a)》最后时,才知道了说的是第二种情况。也就是下面的这个示例(我加了虚的析构函数这样方便编译):
class Base { public: virtual ~B(){ cout <<"B::~B()"<<endl; } }; class Derived : public Base { public: virtual ~D() { cout <<"D::D~()"<<endl; } }; Base* pBase = new Derived[10]; delete[] pBase;
C语言补课
我先不说这段C++的程序在什么情况下能正确调用派生类的析构函数,我还是先来说说C语言,这样我在后面说这段代码时你就明白了。
对于上面的:
Base* pBase = new Derived[10];
这个语言和下面的有什么不同吗?
Derived d[10]; Base* pBase = d;
一个是堆内存动态分配,一个是栈内存静态分配。只是内存的位置和类型不一样,在语法和使用上没有什么不一样的。(如果你把Base 和 Derived想成struct,把new想成malloc() ,你还觉得这和C++有什么关系吗?)
那么,你觉得pBase这个指针是指向对象的,是对象的引用,还是指向一个数组的,是数组的引用?
于是乎,你可以想像一下下面的场景:
int *pInt; char* pChar; pInt = (int*)malloc(10*sizeof(int)); pChar = (char*)pInt;
对上面的pInt和pChar指针来说,pInt[3]和pChar[3]所指向的内容是否一样呢?当然不一样,因为int是4个字节,char是1个字节,步长不一样,所以当然不一样。
那么再回到那个把Derived[]数组的指针转成Base类型的指针pBase,那么pBase[3]是否会指向正确的Derrived[3]呢?
我们来看个纯C语言的例程,下面有两个结构体,就像继承一样,我还别有用心地加了一个void *vptr,好像虚函数表一样:
struct A { void *vptr; int i; }; struct B{ void *vptr; int i; char c; int j; }b[2] ={ {(void*)0x01, 100, 'a', -1}, {(void*)0x02, 200, 'A', -2} };
注意:我用的是G++编译的,在64bits平台上编译的,其中的sizeof(void*)的值是8。
我们看一下栈上内存分配:
struct A *pa1 = (struct A*)(b);
用gdb我们可以看到下面的情况:(pa1[1]的成员的值完全乱掉了)
(gdb) p b $7 = {{vptr = 0x1, i = 100, c = 97 'a', j = -1}, {vptr = 0x2, i = 200, c = 65 'A', j = -2}} (gdb) p pa1[0] $8 = {vptr = 0x1, i = 100} (gdb) p pa1[1] $9 = {vptr = 0x7fffffffffff, i = 2}
我们再来看一下堆上的情况:(我们动态了struct B [2],然后转成struct A *,然后对其成员操作)
struct A *pa = (struct A*)malloc(2*sizeof(struct B)); struct B *pb = (struct B*)pa; pa[0].vptr = (void*) 0x01; pa[1].vptr = (void*) 0x02; pa[0].i = 100; pa[1].i = 200;
用gdb来查看一下变量,我们可以看到下面的情况:(pa没问题,但是pb[1]的内存乱掉了)
(gdb) p pa[0] $1 = {vptr = 0x1, i = 100} (gdb) p pa[1] $2 = {vptr = 0x2, i = 200} (gdb) p pb[0] $3 = {vptr = 0x1, i = 100, c = 0 '\000', j = 2} (gdb) p pb[1] $4 = {vptr = 0xc8, i = 0, c = 0 '\000', j = 0}
可见,这完全就是C语言里乱转型造成了内存的混乱,这和C++一点关系都没有。而且,C++的任何一本书都说过,父类对象和子类对象的转型会带来严重的内存问题。
但是,如果在64bits平台下,如果把我们的structB改一下,改成如下(把struct B中的int j给注释掉):
struct A { void *vptr; int i; }; struct B{ void *vptr; int i; char c; //int j; <---注释掉int j }b[2] ={ {(void*)0x01, 100, 'a'}, {(void*)0x02, 200, 'A'} };
你就会发现,上面的内存混乱的问题都没有了,因为struct A和struct B的size是一样的:
(gdb) p sizeof(struct A) $6 = 16 (gdb) p sizeof(struct B) $7 = 16
注:如果不注释int j,那么sizeof(struct B)的值是24。
这就是C语言中的内存对齐,内存对齐的原因就是为了更快的存取内存(详见《深入理解C语言》)
如果内存对齐了,而且struct A中的成员的顺序在struct B中是一样的而且在最前面话,那么就没有问题。
再来看C++的程序
如果你看过我5年前写的《C++虚函数表解析》以及《C++内存对象布局 上篇、下篇》,你就知道C++的标准会把虚函数表的指针放在类实例的最前面,你也就知道为什么我别有用心地在struct A和struct B前加了一个 void *vptr。C++之所以要加在最前面就是为了转型后,不会找不到虚表了。
好了,到这里,我们再来看C++,看下面的代码:
#include using namespace std; class B { int b; public: virtual ~B(){ cout <<"B::~B()"<<endl; } }; class D: public B { int i; public: virtual ~D() { cout <<"D::~D()"<<endl; } }; int main(void) { cout << "sizeB:" << sizeof(B) << " sizeD:"<< sizeof(D) <<endl; B *pb = new D[2]; delete [] pb; return 0; }
上面的代码可以正确执行,包括调用子类的虚函数!因为内存对齐了。在我的64bits的CentOS上——sizeof(B):16 ,sizeof(D):16
但是,如果你在class D中再加一个int成员的问题,这个程序就Segmentation fault了。因为—— sizeof(B):16 ,sizeof(D):24。pb[1]的虚表找到了一个错误的内存上,内存乱掉了。
再注:我在Visual Studio 2010上做了一下测试,对于 struct 来说,其表现和gcc的是一样的,但对于class的代码来说,其可以“正确调用到虚函数”无论父类和子类有没有一样的size。
然而,在C++的标准中,下面这样的用法是undefined! 你可以看看StackOverflow上的相关问题讨论:《Why is it undefined behavior to delete[] an array of derived objects via a base pointer?》(同样,你也可以看看《More Effective C++》中的条款三)
Base* pBase = new Derived[10]; delete[] pBase;
所以,微软C++编程译器define这个事让我非常不解,对微软的C++编译器再度失望,看似默默地把其编译对了很漂亮,实则误导了好多人把这种undefined的东西当成defined来用,还赞扬做得好,真是令人无语。(就像微博上的这个贴一样,说VC多么牛,还说这是OO的特性。我勒个去!)
现在,你终于知道Base* pBase = new Derived[10];这个问题是C语言的转型的问题,你也应该知道用于数组的指针是怎么回事了吧?这是一个很奇葩的代码!请你不要像那些人一样在微博上和这里的评论里高呼并和我理论到:“微软的C++编译器支持这个事!”。
最后,我越来越发现,很多说C++难用的人,其实是不懂C语言。
(全文完)
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《“C++的数组不支持多态”?》的相关评论
公道,同意!
用scala吧,什么java,垃圾
微软那个编译器的行为倒有他的原因。是有客户(貌似来头还不小)一定要求这种行为。反正这种行为未定义,那我按客户的要求来也不会违反标准。这是纯粹的商业行为。
想向楼主及大家请教一个问题:
当D采用虚拟继承的方式继承B时,代码”B *pb=new D[2]; delete [] pb;“出现错误。请高手指点一下,我一直没整明白。
这里可以这样解释,
delete只会根据地址的类型(下面简称type)和内存地址(addr)来进行内存释放,
delete是由编译器在编译阶段生成固定汇编代码的,而这种汇编代码的生成是不考虑什么父类、子类,虚函数、虚函数表的。
示例代码:
struct A{
int unnamed;
A(){printf(__FUNCTION__ “\n”);}
~A(){printf(__FUNCTION__ “\n”);}
};
struct B{
int unnamed;
B(){printf(__FUNCTION__ “\n”);}
~B(){printf(__FUNCTION__ “\n”);}
};
struct C{
int unnamed;
C(){printf(__FUNCTION__ “\n”);}
~C(){printf(__FUNCTION__ “\n”);}
};
// 执行以下代码
delete((A*)new A());
delete((B*)new A());
delete((C*)new A());
// 输出
A::A
A::~A
A::A
B::~B
A::A
C::~C
///看汇编代码就知道了,编译器直接生成针对于var的type的析构函数,而根本不会考虑var的type的父类、子类、虚函数、虚函数表///
delete((B*)new A());
00875C9D push 4
00875C9F call operator new (4D47FDh)
00875CA4 add esp,4
00875CA7 mov dword ptr [ebp-140h],eax
00875CAD mov dword ptr [ebp-4],1
00875CB4 cmp dword ptr [ebp-140h],0
00875CBB je XCFight::create+100h (875CD0h)
00875CBD mov ecx,dword ptr [ebp-140h]
00875CC3 call A::A (4D62CEh)
00875CC8 mov dword ptr [ebp-19Ch],eax
00875CCE jmp XCFight::create+10Ah (875CDAh)
00875CD0 mov dword ptr [ebp-19Ch],0
00875CDA mov eax,dword ptr [ebp-19Ch]
00875CE0 mov dword ptr [ebp-14Ch],eax
00875CE6 mov dword ptr [ebp-4],0FFFFFFFFh
00875CED mov ecx,dword ptr [ebp-14Ch]
00875CF3 mov dword ptr [ebp-158h],ecx
00875CF9 mov edx,dword ptr [ebp-158h]
00875CFF mov dword ptr [ebp-164h],edx
00875D05 cmp dword ptr [ebp-164h],0
00875D0C je XCFight::create+153h (875D23h)
00875D0E push 1
00875D10 mov ecx,dword ptr [ebp-164h]
00875D16 call B::`scalar deleting destructor’ (4D62B5h)
00875D1B mov dword ptr [ebp-1A0h],eax
00875D21 jmp XCFight::create+15Dh (875D2Dh)
00875D23 mov dword ptr [ebp-1A0h],0
爬了一会评论看到的最有意义的回答,虽然我并不怀疑作者的水平,但是把这种不被标准支持的写法和所谓”没学好C”联系起来真是有点无聊。
顶, Base* pBase = new Derived[10];这种写法就是没有意义,
这种写法是c语言和c++的残缺的”oo”的杂交出来的怪胎, c++的Base* pBase = new Derived这种写法”被认为”是oo的,但是仅限于一个pBase对应一个pDerived,而不能加上[],
我觉得以上写法的语义非常混乱,这当然是c++的问题,它是一条腿的”oo”,只能单腿跳着走或者贞子似的在地上爬行, vc的设计我觉得可以说是完善了oo(先不说这种oo本身好不好)
c++之父说学习c++之前不必学习c语言,因为”c++是一门全新的语言”,—对啊, 如果你不会c语言,就直接学c++,那你就会先入为主的认为c++是一门”优雅”强大”的语言,而看不出c++有丑陋恶心到让人想吐的设计,
同意lulie的说法,这种写法虽然编译上没问题,实际上是错误的,就如同:
Base *pBase = new Base[10];
delete pBase; // 正确的写法应该是 delete[] pBase;
类似的写法在编译上都没问题,但是执行的时候的结果可能不确定,像上面的写法在有些平台上会crash,但是在有些平台上就不会,是否crash取决于new/delete的实现方式。
文中提到一句话:“C++的标准会把虚函数表的指针放在类实例的最前面”
请教下博主,标准中真的有规定编译器对虚函数的实现方式吗? 从下面的Wiki页面来看,不但没有这方面的规定,甚至连用不用vtable实现都没有规定。
http://en.wikipedia.org/wiki/Virtual_method_table
cout << "虚函数表地址:" << (int*)(&b) << endl;
刚读了您的《c++虚函数表解析》,发现上面的文字描述错了,(int *)(&b)其实只是虚函数指针的地址。
对的,如果B,D都定义int变量和一个虚函数的时候,在32位CentOS下也是段错误,因为数据对齐后B,D的sizeof不一样大,就是会报错的。@icylord
用g++编译的确如上述所说的出现一系列情况,但是,用clang编译却出现了奇怪的情况,就是不会调用派生类的析构函数,而且不会sf,gdb调试的时候,执行B *pb = new D[2]时会跳到main函数的结尾处,不知道是这么回事
经常出现多义性特性的编程语言浪费多多少GDP
这篇文章里面链接的文章《C++ 虚函数表解析》还是在您CSDN博客上的,但是文章里的图片都看不到了。您能方便时把这篇文章里的图片都恢复出来吗?
我的文章被转了很多了,你google吧。
要非常注意内存布局。还要在可移植性多一个心眼,其实挺坑的。
搞方言没什么。你为什么不把 VS 编译的东西理解成一门叫 Microsoft C++ 的方言呢?
GCC 还在 C++ 里搞了 VLA 呢。
这么写的最大问题是代码不可移植!某些编译器编译后可以正常运行,某些编译器编译后就crash,然后你在数十万行代码中去找这个bug?或者对user说,我这里正常运行,你那里crash,这不是我的问题,是你机器的问题。
太强了!当我看到struct A struct B时,我知道我这么多年的C语言学的只是皮毛。。。惭愧。。。向耗子哥学习