C/C++基础知识复习（46）

1) C++ 中面向对象编程如何实现动态绑定？

动态绑定（Dynamic Binding），也称为晚绑定，是指在程序运行时根据对象的实际类型来决定调用哪个方法，而不是在编译时就确定方法调用。这通常发生在继承和多态的场景中，是面向对象编程中非常重要的特性。

C++ 实现动态绑定的机制依赖于 虚函数（virtual）和 基类指针/引用 来引用派生类对象。动态绑定通过虚函数表（vtable）实现，虚函数表是编译器为每个含有虚函数的类生成的一个数据结构，其中包含指向虚函数的指针。

实现动态绑定的步骤：

1. 在基类中将函数声明为 virtual。
2. 在派生类中重写该虚函数。
3. 通过基类的指针或引用调用虚函数（即使对象实际是派生类的类型）。

C++ 编译器根据对象的实际类型来决定调用哪个函数，这个过程在运行时确定，因此称为动态绑定。

示例代码：

#include  
using namespace std; 
class Base { public: // 声明虚函数 
virtual void display() { 
cout << "Base class display" << endl; 
} 
virtual ~Base() {} // 虚析构函数，防止对象销毁时内存泄漏 
}; 
class Derived : public Base { 
public: // 重写虚函数 
void display() override { 
cout << "Derived class display" << endl; 
} }; 
int main() { 
Base* basePtr; // 基类指针 
Derived derivedObj; // 派生类对象 
basePtr = &derivedObj; // 动态绑定：运行时决定调用 Derived 的 display 方法 
basePtr->display(); 
// 输出: Derived class display 
return 0; 
}

解释：

• Base 类中的 display 函数是虚函数，通过 virtual 关键字声明。
• Derived 类重写了 display 函数。
• 在 main 函数中，basePtr 是指向基类对象的指针，但它指向一个派生类的对象。通过 basePtr 调用 display 方法时，程序会动态决定调用 Derived 类的 display 方法，而不是基类的 display 方法。

动态绑定是通过虚函数表（vtable）实现的，虚函数表在运行时根据对象的实际类型来查找和调用合适的函数。

2) C++ 如何管理内存？

C++ 的内存管理主要依赖于手动内存管理（通过 new 和 delete）以及栈和堆的概念。与一些自动化内存管理语言（如 Java 或 Python）不同，C++ 不会自动垃圾回收，程序员需要手动分配和释放内存。这给程序员提供了更多控制权，但也需要小心管理内存，避免内存泄漏和悬空指针等问题。

栈内存与堆内存：

• 栈内存（Stack）：用于存储局部变量和函数调用的上下文。栈内存自动管理，随着作用域的结束，栈上的对象会自动销毁。
• 堆内存（Heap）：用于存储动态分配的内存。堆内存由程序员手动管理，需要显式分配和释放。

1. 手动内存管理：new 和 delete

C++ 提供了 new 和 delete 关键字来在堆上分配和释放内存。它们的使用可以创建动态对象或数组。

• new：分配内存并返回指向该内存的指针。
• delete：释放通过 new 分配的内存。
• new[]：分配数组内存。
• delete[]：释放数组内存。

示例代码：

#include  
using namespace std; 
int main() { 
// 在堆上分配单个整数 
int* ptr = new int(5); 
cout << "Value: " << *ptr << endl;
// 输出: Value: 5 
// 释放内存 delete ptr; 
// 在堆上分配一个整数数组 
int* arr = new int[3]; 
arr[0] = 1; 
arr[1] = 2; 
arr[2] = 3; 
// 输出数组元素 
for (int i = 0; i < 3; ++i) { 
cout << arr[i] << " "; 
// 输出: 1 2 3 
} 
cout << endl; 
// 释放数组内存 
delete[] arr; 
return 0; 
}

2. 内存泄漏和资源管理

内存泄漏是指程序分配了堆内存，但在不再需要时没有正确释放，从而导致内存无法回收。为了避免内存泄漏，程序员必须确保每次使用 new 分配的内存都必须用 delete 或 delete[] 释放。

RAII（资源获取即初始化）是 C++ 推荐的内存管理模式，利用类的构造函数和析构函数来确保资源的自动释放。通过智能指针（std::unique_ptr、std::shared_ptr 等）可以有效管理内存，避免手动调用 delete。

3. 智能指针：自动内存管理

C++11 引入了智能指针（std::unique_ptr、std::shared_ptr 和 std::weak_ptr），这些指针自动管理堆内存，避免了显式调用 delete，从而减少了内存泄漏的风险。

• std::unique_ptr：唯一拥有权的智能指针，当其生命周期结束时会自动释放内存。
• std::shared_ptr：共享拥有权的智能指针，引用计数机制决定何时释放内存。
• std::weak_ptr：解决循环引用问题，指向 shared_ptr 管理的对象，但不增加引用计数。

示例代码（使用 unique_ptr）：

#include  
#include  
using namespace std; 
class MyClass { public: MyClass() { 
cout << "MyClass constructed!" << endl; 
} 
~MyClass() { 
cout << "MyClass destructed!" << endl; 
} }; 
int main() { 
// 使用 unique_ptr 自动管理内存 
unique_ptr ptr = make_unique(); // 不需要显式调用 
delete，unique_ptr 会在超出作用域时自动销毁对象 
return 0; 
}

在上面的代码中，unique_ptr 自动管理 MyClass 对象的生命周期，当 ptr 超出作用域时，它所管理的对象会被自动销毁。

总结：

• 动态绑定：通过使用 virtual 关键字在基类中声明虚函数，并通过基类指针或引用来调用派生类的重写函数，从而实现动态绑定。
• 内存管理：C++ 提供了手动内存管理机制（new 和 delete），通过栈和堆内存管理不同类型的数据。此外，C++11 引入了智能指针（如 std::unique_ptr 和 std::shared_ptr）来自动管理内存，减少内存泄漏的风险。