虚基类转换为派生类的问题——一道深刻的面试题

By zieckey

 

看到一个虚函数相关的题目，现在分享下自己的思考。

 

 

#include <iostream>
using namespace std;
class base
{
public:
    virtual void funb1()
    {
        cout << "funb1 base called." << endl;
    }
  
    void funb2()
    {
        cout << "funb2 base called." << endl;
    }
};
  
  
class der : public base
{
public:
    void funb1()
    {
        cout << "funb1 dev called." << endl;
    }
  
    virtual void funb2()
    {
        cout << "funb2 dev called." << endl;
    }
};
  
  
int main()
{
    base b;
  
    der * pder = (der *)&b; //把一个基类对象，硬生生转换为派生类对象
  
    pder->funb1();
    pder->funb2();
      
    return 0;
}



个人认为，这是一道考察C++虚函数方面的绝好的题目。题目小，内涵深。

核心是要理解虚函数表和内存分布，推荐文章，
陈皓专栏：http://blog.csdn.net/haoel/archive/2007/12/18/1948051.aspx
小宝--读书笔记：http://blog.chinaunix.net/u/16292/showart_676270.html

上述两个文章内容如果都吃透了的话，这道题目应该就不在话下了。

我们知道，类的 sizeof 大小，通常是它里面的数据成员的大小，不包括静态数据成员，和函数体大小。
如果有虚函数的话，就需要加上一个指针的 sizeof 大小（32位机为4字节，64位机为8字节）。

暂且以32位机为例。

抛开原题目，我们看看下面几个小问题。

一个空类，如下：

class Empty
{
public:
    void funb1()
    {
        cout << "Empty::funb1 called." << endl;
    }
};

有下面的调用：
 Empty* pt;
    pt->funb1();

这个没有任何问题，可以正常输出 "Empty::funb1 called."。

但如果是下面的类：
class VirtualEmpty
{
public:
    void funb1()
    {
        cout << "VirtualEmpty::funb1 called." << endl;
    }
};
有下面的调用：
 VirtualEmpty* pt;
    pt->funb1();
就会出问题，段错误，为什么？

C++的虚函数多态机制是通过虚函数表实现的，VirtualEmpty::pt->funb1() 这个函数调用不同于上一个没有虚函数时的调用，
没有虚函数时的调用，可以通过类名直接可以定位到 Empty::funb1 的地址，
而现在 VirtualEmpty::pt->funb1() 这个虚函数的调用需要借助虚函数表来定位，
虚函数表又是通过一个指向它的虚函数表指针来定位的，吼吼，现在问题来了，这个虚函数指针在内存中吗？

我们知道 sizeof( VirtualEmpty ) = 4, 这个4字节的空间就是存放虚函数指针的，
现在我们仅仅定义了一个类的指针，并没有new出一段内存来存放类的实际内容，
所以这个 VirtualEmpty* pt 指针调用虚函数 funb1 会因为访问一段不存在的内存（指向虚函数表的指针的内存空间不存在）而出现段错误。

搞清楚上面的两个小问题就应该很快回答出原题目的问题来，原题目输出和解释如下：

 

base b;
  
    der * pder = (der *)&b; //把一个基类对象，硬生生转换为派生类对象

  
    pder->funb1(); // 调用的实际上还是 base::funb1 函数，输出：funb1 base called.

    pder->funb2(); //    这里出现段错误。因为pder没有真正实例化，它通过base的虚函数表找不到 der::funb2 这个虚函数