类对象切割对虚函数调用的影响

背景

现在有CFish和CAnimal两个类，并且CFish类继承于CAnimal类，它们都有breath这样的接口，只是表现形式不同，所以用虚函数来定义，类关系如下图所示；

图一 类图关系

其代码实现如下：

//基类
class CAnimal
{
public:
    CAnimal()
    {
        //构造函数
        cout << "CAnimal Constructor" << endl;
    }
    ~CAnimal()
    {
        //析构函数
        cout << "CAnimal Destructor" << endl;
    } 
    virtual void breath()
    {
       cout << "CAnimal breath" <<endl;
    }
};
//继承类CFish
class CFish:public CAnimal
{
public:
    CFish()
    {
        //构造函数
        cout << "CFish Constructor" << endl;
    }
    ~CFish()
    {
        //析构函数
        cout << "CFish Destructor" << endl;
    } 

    virtual void breath()
    {
        cout << "CFish breath" << endl;
    }
};

现在我们使用这两个类来分析对象切割，也就是发生Object slicing时对虚函数有何影响，示例代码如下：

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    CFish FishObj;
    CFish *pFish = new CFish;

    cout << "case test begin..." << endl << endl;
    //case1
    cout << "case1" <<endl;
    FishObj.breath();

    //case2
    cout << "case2" <<endl;
    pFish->breath();

    //case3
    cout << "case3" <<endl;
    ((CAnimal*)(&FishObj))->breath();

    //case4， 对象切割，对象发生向上强制转换
    cout << "case4" <<endl;
    ((CAnimal)FishObj).breath();


    cout << "case test end..." << endl << endl;

    if (NULL != pFish)
    {
        delete pFish;
        pFish = NULL;
    }

    return 0;
}

经vs2008输出如下的测试结果：

//CFish FishObj 定义对象输出
CAnimal Constructor
CFish Constructor
//new CFish new对象时输出
CAnimal Constructor
CFish Constructor

case test begin...

case1
CFish breath
case2
CFish breath
case3
CFish breath

case4
CAnimal breath      //------> 出乎意外,竟不是CFish breath
CAnimal Destructor  //------> 出乎意外，竟有调用析构函数
case test end...

//函数返回栈对象析构
//以及delete对象析构
CFish Destructor
CAnimal Destructor
CFish Destructor
CAnimal Destructor

毫无疑问，case1-case3都是调用CFish类中的breath函数，因为pFish 、FishObj在构造对象结束后，他们的虚函数表内容已经确定，都是存在CFish::breath接口，但case4输出结果却比较特殊，因为语句((CAnimal)FishObj)发生了向上强制转换，导致对象切割，在切割过程有对象重新构造，导致虚函数表中的内容发生变化，具体分析如下；

对象切割分析

我们知道，派生类通常会比基类大，因为派生类不仅有基类的成员还有派生类本身的成员，经过向上转换（派生类对象强制转换为基类对象）,就会造成对象内容被切割(object slicing).

当代码执行到((CAnimal)FishObj).breath()语句时，发生了object slicing，其过程如下：

图二 对象切割流程

备注：本例中m_data1和m_data2是虚拟的，只有vptr是真实的。

从图中可以看出，当发生强制转换时有两个步骤：

1. 发生CAnimal对象构造，同时将vptr中的值被赋值为CAnimal::breath的地址
2. ((CAnimal)FishObj).breath()调用转换为临时对象的breath调用。

我们也可以从汇编代码中看出实际执行情况，汇编代码如下：

图三 代码汇编分析

在汇编代码中也验证了图二流程分析的正确性，需要注意的是在强制转换过程中，编译器会主动为我们合成一个构造函数，不是我们定义的那个构造函数，但调用的析构函数都是同一个。

通过以上分析，用例4的测试结果也就不感到意外了。

总结

如果类对象发生了切割或者向上强制转换，会产生临时对象，使得这个临时对象变成真正的CAnimal类对象，而不是CFish对象。

在分析问题过程中，也了解到一个类的构造函数有多个，但是其析构函数只有一个，因为析构函数没有返回值，没入参，也就无法实现析构函数的重载。