【C++】普通虚函数 vs 虚析构函数在 vtable 中的绑定方式

这篇文章可以回答两个问题： 1. 为什么析构函数需要是虚函数 2. 普通的虚函数和虚析构函数的在虚函数表的绑定方式的区别。

1. vtable（虚函数表）的基本概念

在 C++ 中，每个含有虚函数的类都有一个虚函数表（vtable），这个表存储了指向该类的虚函数实现的指针。当一个对象调用虚函数时，编译器通过 vtable 进行动态绑定。

当基类指针指向 派生类 对象时，这里会发生动态绑定：

如果调用普通的虚函数，vtable 负责找到 派生类 重写的版本。
如果调用析构函数，vtable 负责确保派生类的析构函数正确执行（如果是虚析构函数的话）。

2. 普通虚函数的 vtable 结构

对于普通的虚函数，我们来看如下代码：

#include <iostream>class Base {
public:virtual void func() { std::cout << "Base::func()" << std::endl; }virtual ~Base() {}
};class Derived : public Base {
public:void func() override { std::cout << "Derived::func()" << std::endl; }
};int main() {Base* obj = new Derived();obj->func(); // 调用 Derived::func()delete obj;  // 调用 Derived::~Derived() -> Base::~Base()
}

普通虚函数的 vtable 绑定情况

如果 Base 有 func()，Derived 进行了重写，则它们的 vtable 结构如下：

(1) Base 类的 vtable

偏移量	vtable 指向的函数
`0`	`Base::func()`
`8`	`Base::~Base()`

(2) Derived 类的 vtable

偏移量	vtable 指向的函数
`0`	`Derived::func()`
`8`	`Derived::~Derived()`

图示：

Base vtable:                      Derived vtable:
+-----------------+                +-------------------+
|  Base::func()  | -----> 重写 ----> |  Derived::func()  |
+-----------------+                +-------------------+
|  Base::~Base()  | -----> 覆盖 ----> |  Derived::~Derived()  |
+-----------------+                +-------------------+

Base 类的 func() 被 Derived 重写，因此 Derived 的 vtable 会存放 Derived::func()。
当 Base* obj = new Derived(); 并调用 obj->func(); 时，vtable 负责找到 Derived::func()，实现动态绑定。

3. 虚析构函数的 vtable 结构

如果 Base 类的析构函数是虚析构函数，析构调用会发生以下变化：

class Base {
public:virtual ~Base() { std::cout << "Base Destructor" << std::endl; }
};class Derived : public Base {
public:~Derived() override { std::cout << "Derived Destructor" << std::endl; }
};int main() {Base* obj = new Derived();delete obj;
}

运行结果：

Derived Destructor
Base Destructor

先调用 Derived::~Derived()，再调用 Base::~Base()。
这是因为 delete obj; 触发了 vtable 查找析构函数，并且 虚析构函数的调用顺序是先派生类，再基类。

虚析构函数的 vtable 绑定情况

如果 Base 类的析构函数是 virtual，vtable 会存放派生类的析构函数，并确保 delete obj; 时先调用派生类析构函数，再调用基类析构函数。

(1) Base 类的 vtable

偏移量	vtable 指向的函数
`0`	`Base::~Base()`

(2) Derived 类的 vtable

偏移量	vtable 指向的函数
`0`	`Derived::~Derived()`

图示：

Base vtable:                      Derived vtable:
+-----------------+                +---------------------+
|  Base::~Base()  | -----> 覆盖 ----> |  Derived::~Derived()  |
+-----------------+                +---------------------+|  Base::~Base()      | (继续调用)+---------------------+

4. 关键区别总结

特性	普通虚函数	虚析构函数
vtable 存储	仅存虚函数地址	主要存析构函数地址
调用机制	`Base` 指针指向 `Derived`，调用 `Derived::func()`	`delete Base*` 时，先 `Derived::~Derived()`，再 `Base::~Base()`
调用次数	只调用 `Derived::func()`	先调用 `Derived::~Derived()`，再 `Base::~Base()`
若析构函数非虚	`delete Base*` 只会调用 `Base::~Base()`，不会调用 `Derived::~Derived()`，可能导致内存泄漏	-