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面试题:C++复杂继承场景下子类析构时父类析构函数调用的深度探究

考虑一个多重继承(Multiple Inheritance)和虚拟继承(Virtual Inheritance)混合的复杂继承体系。在这样的体系中,子类析构时父类析构函数的调用顺序和机制会变得非常复杂。请深入分析并阐述这种情况下父类析构函数的调用过程,以及如何确保资源的正确释放和避免内存泄漏,同时给出一个完整的代码示例展示该复杂继承体系及其析构过程。
11.8万 热度难度
编程语言C++

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面试题答案

一键面试

父类析构函数调用过程分析

  1. 多重继承情况:在多重继承中,子类对象包含多个父类子对象。当子类对象被销毁时,父类析构函数的调用顺序与它们在子类定义中声明的顺序相同。例如,如果子类Child继承自Parent1Parent2Parent3,即class Child : public Parent1, public Parent2, public Parent3,那么析构时先调用Parent3的析构函数,接着是Parent2,最后是Parent1。这是因为在对象构造时,Parent1先被构造,然后Parent2,最后Parent3,析构顺序与之相反。
  2. 虚拟继承情况:虚拟继承用于解决菱形继承问题,确保从同一虚基类派生的多个子类对象中只存在一份虚基类子对象。当子类对象被销毁时,虚基类的析构函数在其直接派生类的析构函数之前被调用。例如,在菱形继承结构A -> B -> DA -> C -> D(其中A是虚基类)中,D对象析构时,先调用A的析构函数,然后是C,接着是B,最后是D自身的析构函数。
  3. 混合情况:当多重继承和虚拟继承混合时,虚基类的析构函数总是在非虚基类的析构函数之前被调用。并且对于非虚基类,按照它们在子类定义中声明的顺序逆序调用析构函数。

确保资源正确释放和避免内存泄漏的方法

  1. 遵循RAII原则:使用资源获取即初始化(RAII)原则,在对象构造时获取资源,在析构时释放资源。例如,使用智能指针管理动态分配的内存,这样当对象析构时,智能指针会自动释放所管理的内存。
  2. 正确实现析构函数:每个类的析构函数应该正确释放该类所拥有的资源。对于包含指针成员的类,析构函数中要确保释放这些指针所指向的内存。
  3. 避免悬空指针:在析构函数中释放指针后,将指针设置为nullptr,以避免悬空指针的产生。

代码示例

#include <iostream>
#include <memory>

class VirtualBase {
public:
    VirtualBase() { std::cout << "VirtualBase constructor" << std::endl; }
    virtual ~VirtualBase() { std::cout << "VirtualBase destructor" << std::endl; }
};

class Base1 : virtual public VirtualBase {
public:
    Base1() { std::cout << "Base1 constructor" << std::endl; }
    ~Base1() { std::cout << "Base1 destructor" << std::endl; }
};

class Base2 : virtual public VirtualBase {
public:
    Base2() { std::cout << "Base2 constructor" << std::endl; }
    ~Base2() { std::cout << "Base2 destructor" << std::endl; }
};

class Derived : public Base1, public Base2 {
public:
    std::unique_ptr<int> data;
    Derived() : data(std::make_unique<int>(42)) {
        std::cout << "Derived constructor" << std::endl;
    }
    ~Derived() {
        std::cout << "Derived destructor" << std::endl;
    }
};

int main() {
    {
        Derived d;
    }
    return 0;
}

在上述代码中:

  1. VirtualBase是虚基类,Base1Base2通过虚拟继承从VirtualBase派生。
  2. Derived类多重继承自Base1Base2
  3. Derived类使用std::unique_ptr管理动态分配的整数,遵循RAII原则。
  4. Derived对象d超出作用域时,先调用VirtualBase的析构函数,然后按照声明顺序逆序调用Base2Base1的析构函数,最后调用Derived自身的析构函数,在此过程中std::unique_ptr会自动释放其所管理的内存,避免内存泄漏。