c++继承中的父子纠葛

2025-07-03

字数统计: 1.1k字 | 阅读时长≈ 4分

先看下面一段代码：


#include <iostream>

class Base {
public:
    int a = 1;
    virtual void print(int n = 2) {
    }
};
class Derive:public Base{
    public:
        int b=3;
        virtual void print(int n = 10)override {
            std::cout << "Derive :"<<b + n << std::endl;
        }
};
 int main(){
     Base *arr = new Derive[10];
     arr[7].print();
     delete[] arr;

     Base *ptr = new Derive();
     ptr->print();
     delete ptr;
}

你可以尝试分析一下，这段代码的结果吗？我们可以回顾一下继承的概念
运行这段代码之后我们发现，结果如下：

mingw64：
    Derive :5
    Derive :5
mingw32：
    exited with code -1073741819

为什么会出现这种情况呢？我们一步步来分析。

代码关键点解释

类结构：
- Base类：包含成员变量a = 1，以及虚函数print(int n = 2)，默认参数为2。函数输出"Base:" << a + n。
- Derive类：继承自Base，添加成员变量b = 3，并覆盖虚函数print(int n = 10)，默认参数改为10。函数输出"Derive:" << b + n。
- 虚函数（virtual）支持运行时多态：通过基类指针调用时，实际执行派生类的覆盖函数（动态绑定）。
结构体（类）在内存中的存放规则

为了更方便的访问结构体对象中的成员变量，通常需要在内存中对齐存储，所以通常需要空一段内存，这便是填充。所以一个结构体对象在内存中的存储原则是：

结构体的起始地址 = 最大成员对齐值的整数倍

每个成员的起始地址能够被该成员大小整除

结构体的大小 = 最大成员的整数倍

在64位系统中，每个内存单元的大小通常为64b即8B，所以一般按照8B对齐，指针大小通常也为8B

在32位系统中，每个内存单元的大小通常时32b即4B，所以一般按照4B对齐，指针大小通常也为4B

按照上面的原则，可以知道上述父子类对象在不同系统中，内存的存储方式：
默认参数的绑定规则：
- 默认参数是静态绑定（在编译时基于指针或引用类型确定），而非动态绑定。
- 当通过基类指针调用虚函数时：
  - 函数实现（函数体）使用派生类的版本（动态绑定）。
  - 默认参数值使用基类定义的默认值（静态绑定），忽略派生类的默认值，所以运算时n的值始终为2。
数组分配问题：
- Base* arr = new Derive[10]：这里分配了一个包含10个Derive对象的数组，但用Base*指针指向它。
我们希望情况如下：

但实际上呢？？？

输出结果分析

1. 第一次调用：`arr[7].print()`

输出结果：

mingw64构建运行时：
1
Derive :5
mingw32构建运行时:
1
exited with code -1073741819
- 两个编译器为啥输出结果不同？：
  
  关键在于arr[7] 有没有指向[Derive7]
  - mingw64构建时：
    
    虽然Base和Derive大小不同，但是由于内存对齐使得Base的大小和Derive大小相同，阴差阳错的使得arr[7]指向了Derive[7]的位置，使得可以调用Derive的print函数，输出为5；
  - mingw32构建时：
  指针算术错误：arr指向Derive[10]数组，但arr[7]基于sizeof(Base)计算地址（例如，在32位系统中，arr + 7 * 8 = arr + 56）。实际第7个Derive对象位于arr + 7 * 12 = arr + 84（假设sizeof(Derive)=12）。因此，arr[7]指向无效内存。所以输出错误值。
- 为什么不是多态输出？ 即使忽略指针错误，理论上：
  - 函数调用应使用Derive::print实现（虚函数动态绑定）。
  - 但默认参数静态绑定为Base::print的n=2（因为arr类型是Base*）。
  - 输出应为"Derive:" << b + 2（即Derive:5），但由于对象地址错误，b的值可能无效或取自错误内存。

2. 第二次调用：`ptr->print()`

输出结果：Derive:5
- 原因：
  - ptr指向一个有效的Derive对象（new Derive()），多态正确：ptr类型是Base*，但对象是Derive，因此虚函数调用Derive::print实现（动态绑定）。
  - 默认参数静态绑定：调用ptr->print()未提供参数，编译器基于ptr的静态类型（Base*）使用Base::print的默认值n=2（忽略Derive::print的n=10）。
  - 因此，实际调用Derive::print(2)：
    - b + n = 3 + 2 = 5。
    - 输出："Derive:5"。
- 关键原理：默认参数在编译时确定，基于指针类型（Base*），而函数体在运行时确定，基于对象类型（Derive）。

本文作者： 迪丽惹Bug
本文链接： https://lyroom.github.io/2025/07/03/c-继承中的父子纠葛/
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代码关键点解释

输出结果分析

1. 第一次调用：arr[7].print()

2. 第二次调用：ptr->print()

1. 第一次调用：`arr[7].print()`

2. 第二次调用：`ptr->print()`