面试题：C++ 复杂继承结构下动态内存分配的优化策略

Question

考虑一个多层继承结构，`Base` 是最顶层基类，`Derived1` 继承自 `Base`，`Derived2` 继承自 `Derived1`，以此类推，直到 `DerivedN`。每个类都有动态分配的内存。描述一种优化策略，使得在对象创建和销毁过程中，动态内存分配和释放的开销最小化，同时保证继承体系的正确性和多态行为的正常工作。并通过代码示例展示这种策略的实现。

Answer 1

优化策略

1. 使用智能指针：在C++ 中，使用智能指针（如 std::unique_ptr 或 std::shared_ptr）来管理动态分配的内存。智能指针可以自动处理内存的释放，避免手动释放内存带来的错误，如内存泄漏和悬空指针。
2. 虚析构函数：在基类 Base 中定义一个虚析构函数。这样，当通过基类指针删除派生类对象时，会调用正确的派生类析构函数，从而确保所有层次的动态分配内存都能正确释放。

代码示例

#include <memory>
#include <iostream>

class Base {
public:
    virtual ~Base() = default; // 虚析构函数
    virtual void print() const {
        std::cout << "Base" << std::endl;
    }
};

class Derived1 : public Base {
public:
    Derived1() : data(std::make_unique<int>(1)) {}
    void print() const override {
        std::cout << "Derived1: " << *data << std::endl;
    }
private:
    std::unique_ptr<int> data;
};

class Derived2 : public Derived1 {
public:
    Derived2() : moreData(std::make_unique<int>(2)) {}
    void print() const override {
        std::cout << "Derived2: " << *moreData << std::endl;
        Derived1::print();
    }
private:
    std::unique_ptr<int> moreData;
};

int main() {
    std::unique_ptr<Base> basePtr = std::make_unique<Derived2>();
    basePtr->print();
    // 当basePtr超出作用域时，Derived2、Derived1和Base的析构函数会按顺序自动调用，释放动态分配的内存
    return 0;
}

在上述代码中：

1. Base 类有一个虚析构函数，确保在通过 Base 指针删除派生类对象时，能正确调用派生类的析构函数。
2. Derived1 和 Derived2 类使用 std::unique_ptr 来管理动态分配的 int 类型数据。
3. 在 main 函数中，通过 std::make_unique 创建 Derived2 对象，并将其存储在 std::unique_ptr<Base> 中，展示了多态行为。当 basePtr 超出作用域时，会自动释放所有动态分配的内存。