面试题：C++中指针在内存管理与多态的综合应用

Question

假设有一个基类`Base`和一个派生类`Derived`，`Base`中有一个虚函数`print`。在堆上创建`Derived`对象，并使用`Base*`指针指向它。编写代码实现通过该指针调用`print`函数，展示多态特性。同时，详细描述在这个过程中内存是如何分配和释放的，以及可能出现的内存泄漏问题及解决方案。

Answer 1

#include <iostream>

class Base {
public:
    virtual void print() {
        std::cout << "This is Base::print()" << std::endl;
    }
    virtual ~Base() {} // 确保析构函数是虚函数，防止内存泄漏
};

class Derived : public Base {
public:
    void print() override {
        std::cout << "This is Derived::print()" << std::endl;
    }
    ~Derived() {}
};

int main() {
    Base* ptr = new Derived();
    ptr->print(); // 调用Derived类的print函数，展示多态特性
    delete ptr;
    ptr = nullptr;
    return 0;
}

内存分配和释放过程

1. 内存分配：
   • new Derived()语句在堆上为Derived对象分配内存。由于Derived继承自Base，Derived对象的内存布局会包含Base部分和Derived自身新增的部分。同时，因为Base中有虚函数，会在对象内存的起始位置放置一个虚函数表指针（vptr），指向虚函数表（vtable），虚函数表中存放着虚函数的实际地址。
2. 内存释放：
   • delete ptr;语句释放ptr指向的堆内存。由于Base的析构函数是虚函数，当delete ptr时，首先调用Derived的析构函数，然后调用Base的析构函数，正确地释放Derived对象占用的所有内存。如果ptr赋值为nullptr，可以防止野指针的产生。

可能出现的内存泄漏问题及解决方案

1. 内存泄漏问题：
   • 如果Base的析构函数不是虚函数，当delete ptr;执行时，只会调用Base的析构函数，而不会调用Derived的析构函数，Derived类中动态分配的资源（如果有）就无法释放，从而导致内存泄漏。
2. 解决方案：
   • 将Base的析构函数声明为虚函数，如上述代码中virtual ~Base() {}，这样在delete指向派生类对象的基类指针时，会先调用派生类的析构函数，再调用基类的析构函数，确保对象占用的所有内存都被正确释放。同时，在delete后将指针赋值为nullptr，防止野指针的产生。