位运算符有：&(按位与)、|(按位或)、^(按位异或)、~ (按位取反)。
优先级从高到低，依次为~、&、^、|，

位运算符的一些简单应用:
按位与运算有两种典型用法，一是取一个位串信息的某几位，如以下代码截取x的最低7位：x & 0177。二是让某变量保留某几位，其余位置0，如以下代码让x只保留最低6位：x = x & 077。

按位或运算的典型用法是将一个位串信息的某几位置成1。如将要获得最右4为1，其他位与变量j的其他位相同，可用逻辑或运算017|j

按位异或运算的典型用法是求一个位串信息的某几位信息的反。如欲求整型变量j的最右4位信息的反，用逻辑异或运算017^j，就能求得j最右4位的信息的反,即原来为1的位，结果是0,原来为0的位，结果是1。 交换两个值，不用临时变量,假如a=3,b=4。想将a和b的值互换，可以用以下赋值语句实现：
a=a^b;  b=b^a;     a=a^b;

取反运算常用来生成与系统实现无关的常数。如要将变量x最低6位置成0，其余位不变，可用代码x = x & ~077实现。以上代码与整数x用2个字节还是用4个字节实现无关。
当两个长度不同的数据进行位运算时(例如long型数据与int型数据)，将两个运算分量的右端对齐进行位运算。如果短的数为正数，高位用0补满；如果短的数为负数，高位用1补满。如果短的为无符号整数，则高位总是用0补满。

位运算用来对位串信息进行运算，得到位串信息结果。如以下代码能取下整型变量k的位串信息的最右边为1的信息位：((k-1)^k) & k。

对于带符号的数据，如果移位前符号位为0(正数)，则左端也是用0补充；如果移位前符号位为1(负数)，则左端用0或用1补充，取决于计算机系统。对于负数右移，称用0 补充的系统为“逻辑右移”，用1补充的系统为“算术右移”。以下代码能说明读者上机的系统所采用的右移方法：
     printf("%d\n\n\n", -2>>4);
若输出结果为-1，是采用算术右移；输出结果为一个大整数，则为逻辑右移。

移位运算与位运算结合能实现许多与位串运算有关的复杂计算。设变量的位自右至左顺序编号，自0位至15位，有关指定位的表达式是不超过15的正整数。以下各代码分别有它们右边注释所示的意义：
   (1) 判断int型变量a是奇数还是偶数,尤其是对大数的判断
        a&1 == 0 偶数
        a&1 == 1 奇数
    (2) 取int型变量a的第k位 (k=0,1,2……sizeof(int))
 a>>k&1
    (3) 将int型变量a的第k位清0
 a=a&~(1<<k)
    (4) 将int型变量a的第k位置1
 a=a|(1<<k)
    (5) int型变量循环左移k次
 a=a<<k|a>>16-k   (设sizeof(int)=16)
    (6) int型变量a循环右移k次
 a=a>>k|a<<16-k   (设sizeof(int)=16)
    (7) 实现最低n位为1，其余位为0的位串信息:
 ~（~0 << n）
    (8)截取变量x自p位开始的右边n位的信息:
 (x >> (1+p-n)) & ~(~0 << n) 
    (9)截取old变量第row位，并将该位信息装配到变量new的第15-k位
 new |= ((old >> row) & 1) << (15 – k)
    (10)设s不等于全0，代码寻找最右边为1的位的序号j:
 for(j = 0; ((1 << j) & s) == 0; j++) ;

陈皓

http://blog.csdn.net/haoel

前言
 

C++中的虚函数的作用主要是实现了多态的机制。关于多态，简而言之就是用父类型别的指针指向其子类的实例，然后通过父类的指针调用实际子类的成员函数。这种技术可以让父类的指针有“多种形态”，这是一种泛型技术。所谓泛型技术，说白了就是试图使用不变的代码来实现可变的算法。比如：模板技术，RTTI技术，虚函数技术，要么是试图做到在编译时决议，要么试图做到运行时决议。

关于虚函数的使用方法，我在这里不做过多的阐述。大家可以看看相关的C++的书籍。在这篇文章中，我只想从虚函数的实现机制上面为大家 一个清晰的剖析。

当然，相同的文章在网上也出现过一些了，但我总感觉这些文章不是很容易阅读，大段大段的代码，没有图片，没有详细的说明，没有比较，没有举一反三。不利于学习和阅读，所以这是我想写下这篇文章的原因。也希望大家多给我提意见。

言归正传，让我们一起进入虚函数的世界。

虚函数表
 

对C++ 了解的人都应该知道虚函数（Virtual Function）是通过一张虚函数表（Virtual Table）来实现的。简称为V-Table。在这个表中，主是要一个类的虚函数的地址表，这张表解决了继承、覆盖的问题，保证其容真实反应实际的函数。这样，在有虚函数的类的实例中这个表被分配在了这个实例的内存中，所以，当我们用父类的指针来操作一个子类的时候，这张虚函数表就显得由为重要了，它就像一个地图一样，指明了实际所应该调用的函数。

这里我们着重看一下这张虚函数表。C++的编译器应该是保证虚函数表的指针存在于对象实例中最前面的位置（这是为了保证取到虚函数表的有最高的性能——如果有多层继承或是多重继承的情况下）。 这意味着我们通过对象实例的地址得到这张虚函数表，然后就可以遍历其中函数指针，并调用相应的函数。

听我扯了那么多，我可以感觉出来你现在可能比以前更加晕头转向了。 没关系，下面就是实际的例子，相信聪明的你一看就明白了。

假设我们有这样的一个类：

class Base {

     public:

            virtual void f() { cout << "Base::f" << endl; }

            virtual void g() { cout << "Base::g" << endl; }

            virtual void h() { cout << "Base::h" << endl; }

};

按照上面的说法，我们可以通过Base的实例来得到虚函数表。 下面是实际例程：

          typedef void(*Fun)(void);

            Base b;

            Fun pFun = NULL;

            cout << "虚函数表地址：" << (int*)(&b) << endl;

            cout << "虚函数表 — 第一个函数地址：" << (int*)*(int*)(&b) << endl;

            // Invoke the first virtual function 

            pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&b));

            pFun();

实际运行经果如下：(Windows XP+VS2003,  Linux 2.6.22 + GCC 4.1.3)

虚函数表地址：0012FED4

虚函数表 — 第一个函数地址：0044F148

Base::f

通过这个示例，我们可以看到，我们可以通过强行把&b转成int *，取得虚函数表的地址，然后，再次取址就可以得到第一个虚函数的地址了，也就是Base::f()，这在上面的程序中得到了验证（把int* 强制转成了函数指针）。通过这个示例，我们就可以知道如果要调用Base::g()和Base::h()，其代码如下：

            (Fun)*((int*)*(int*)(&b)+0);  // Base::f()

            (Fun)*((int*)*(int*)(&b)+1);  // Base::g()

            (Fun)*((int*)*(int*)(&b)+2);  // Base::h()

这个时候你应该懂了吧。什么？还是有点晕。也是，这样的代码看着太乱了。没问题，让我画个图解释一下。如下所示：

注意：在上面这个图中，我在虚函数表的最后多加了一个结点，这是虚函数表的结束结点，就像字符串的结束符“\0”一样，其标志了虚函数表的结束。这个结束标志的值在不同的编译器下是不同的。在WinXP+VS2003下，这个值是NULL。而在Ubuntu 7.10 + Linux 2.6.22 + GCC 4.1.3下，这个值是如果1，表示还有下一个虚函数表，如果值是0，表示是最后一个虚函数表。

下面，我将分别说明“无覆盖”和“有覆盖”时的虚函数表的样子。没有覆盖父类的虚函数是毫无意义的。我之所以要讲述没有覆盖的情况，主要目的是为了给一个对比。在比较之下，我们可以更加清楚地知道其内部的具体实现。

一般继承（无虚函数覆盖）
 

下面，再让我们来看看继承时的虚函数表是什么样的。假设有如下所示的一个继承关系：

请注意，在这个继承关系中，子类没有重载任何父类的函数。那么，在派生类的实例中，其虚函数表如下所示：

对于实例：Derive d; 的虚函数表如下：

我们可以看到下面几点：

1）虚函数按照其声明顺序放于表中。

2）父类的虚函数在子类的虚函数前面。

我相信聪明的你一定可以参考前面的那个程序，来编写一段程序来验证。

一般继承（有虚函数覆盖）
 

覆盖父类的虚函数是很显然的事情，不然，虚函数就变得毫无意义。下面，我们来看一下，如果子类中有虚函数重载了父类的虚函数，会是一个什么样子？假设，我们有下面这样的一个继承关系。

为了让大家看到被继承过后的效果，在这个类的设计中，我只覆盖了父类的一个函数：f()。那么，对于派生类的实例，其虚函数表会是下面的一个样子：

我们从表中可以看到下面几点，

1）覆盖的f()函数被放到了虚表中原来父类虚函数的位置。

2）没有被覆盖的函数依旧。

这样，我们就可以看到对于下面这样的程序，

            Base *b = new Derive();

            b->f();

由b所指的内存中的虚函数表的f()的位置已经被Derive::f()函数地址所取代，于是在实际调用发生时，是Derive::f()被调用了。这就实现了多态。

多重继承（无虚函数覆盖）
 

下面，再让我们来看看多重继承中的情况，假设有下面这样一个类的继承关系。注意：子类并没有覆盖父类的函数。

对于子类实例中的虚函数表，是下面这个样子：

我们可以看到：

1）  每个父类都有自己的虚表。

2）  子类的成员函数被放到了第一个父类的表中。（所谓的第一个父类是按照声明顺序来判断的）

这样做就是为了解决不同的父类类型的指针指向同一个子类实例，而能够调用到实际的函数。

多重继承（有虚函数覆盖）
 

下面我们再来看看，如果发生虚函数覆盖的情况。

下图中，我们在子类中覆盖了父类的f()函数。

下面是对于子类实例中的虚函数表的图：

我们可以看见，三个父类虚函数表中的f()的位置被替换成了子类的函数指针。这样，我们就可以任一静态类型的父类来指向子类，并调用子类的f()了。如：

            Derive d;

            Base1 *b1 = &d;

            Base2 *b2 = &d;

            Base3 *b3 = &d;

            b1->f(); //Derive::f()

            b2->f(); //Derive::f()

            b3->f(); //Derive::f()

            b1->g(); //Base1::g()

            b2->g(); //Base2::g()

            b3->g(); //Base3::g()

安全性
 

每次写C++的文章，总免不了要批判一下C++。这篇文章也不例外。通过上面的讲述，相信我们对虚函数表有一个比较细致的了解了。水可载舟，亦可覆舟。下面，让我们来看看我们可以用虚函数表来干点什么坏事吧。

一、通过父类型的指针访问子类自己的虚函数

我们知道，子类没有重载父类的虚函数是一件毫无意义的事情。因为多态也是要基于函数重载的。虽然在上面的图中我们可以看到Base1的虚表中有Derive的虚函数，但我们根本不可能使用下面的语句来调用子类的自有虚函数：

          Base1 *b1 = new Derive();

            b1->f1();  //编译出错

任何妄图使用父类指针想调用子类中的未覆盖父类的成员函数的行为都会被编译器视为非法，所以，这样的程序根本无法编译通过。但在运行时，我们可以通过指针的方式访问虚函数表来达到违反C++语义的行为。（关于这方面的尝试，通过阅读后面附录的代码，相信你可以做到这一点）

二、访问non-public的虚函数

另外，如果父类的虚函数是private或是protected的，但这些非public的虚函数同样会存在于虚函数表中，所以，我们同样可以使用访问虚函数表的方式来访问这些non-public的虚函数，这是很容易做到的。

如：

class Base {

    private:

            virtual void f() { cout << "Base::f" << endl; }

};

class Derive : public Base{

};

typedef void(*Fun)(void);

void main() {

    Derive d;

    Fun  pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&d)+0);

    pFun();

}

结束语
C++这门语言是一门Magic的语言，对于程序员来说，我们似乎永远摸不清楚这门语言背着我们在干了什么。需要熟悉这门语言，我们就必需要了解C++里面的那些东西，需要去了解C++中那些危险的东西。不然，这是一种搬起石头砸自己脚的编程语言。

在文章束之前还是介绍一下自己吧。我从事软件研发有十个年头了，目前是软件开发技术主管，技术方面，主攻Unix/C/C++，比较喜欢网络上的技术，比如分布式计算，网格计算，P2P，Ajax等一切和互联网相关的东西。管理方面比较擅长于团队建设，技术趋势分析，项目管理。欢迎大家和我交流，我的MSN和Email是：haoel@hotmail.com 

附录一：VC中查看虚函数表
 

我们可以在VC的IDE环境中的Debug状态下展开类的实例就可以看到虚函数表了（并不是很完整的）

附录 二：例程
下面是一个关于多重继承的虚函数表访问的例程：

#include <iostream>

using namespace std;

class Base1 {

public:

            virtual void f() { cout << "Base1::f" << endl; }

            virtual void g() { cout << "Base1::g" << endl; }

            virtual void h() { cout << "Base1::h" << endl; }

};

class Base2 {

public:

            virtual void f() { cout << "Base2::f" << endl; }

            virtual void g() { cout << "Base2::g" << endl; }

            virtual void h() { cout << "Base2::h" << endl; }

};

class Base3 {

public:

            virtual void f() { cout << "Base3::f" << endl; }

            virtual void g() { cout << "Base3::g" << endl; }

            virtual void h() { cout << "Base3::h" << endl; }

};

class Derive : public Base1, public Base2, public Base3 {

public:

            virtual void f() { cout << "Derive::f" << endl; }

            virtual void g1() { cout << "Derive::g1" << endl; }

};

typedef void(*Fun)(void);

int main()

{

            Fun pFun = NULL;

            Derive d;

            int** pVtab = (int**)&d;

            //Base1's vtable

            //pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&d+0)+0);

            pFun = (Fun)pVtab[0][0];

            pFun();

            //pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&d+0)+1);

            pFun = (Fun)pVtab[0][1];

            pFun();

            //pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&d+0)+2);

            pFun = (Fun)pVtab[0][2];

            pFun();

            //Derive's vtable

            //pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&d+0)+3);

            pFun = (Fun)pVtab[0][3];

            pFun();

            //The tail of the vtable

            pFun = (Fun)pVtab[0][4];

            cout<<pFun<<endl;

            //Base2's vtable

            //pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&d+1)+0);

            pFun = (Fun)pVtab[1][0];

            pFun();

            //pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&d+1)+1);

            pFun = (Fun)pVtab[1][1];

            pFun();

            pFun = (Fun)pVtab[1][2];

            pFun();

            //The tail of the vtable

            pFun = (Fun)pVtab[1][3];

            cout<<pFun<<endl;

            //Base3's vtable

            //pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&d+1)+0);

            pFun = (Fun)pVtab[2][0];

            pFun();

            //pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&d+1)+1);

            pFun = (Fun)pVtab[2][1];

            pFun();

            pFun = (Fun)pVtab[2][2];

            pFun();

            //The tail of the vtable

            pFun = (Fun)pVtab[2][3];

            cout<<pFun<<endl;

            return 0;

}

本文来自CSDN博客，转载请标明出处：http://blog.csdn.net/haoel/archive/2007/12/18/1948051.aspx

陈皓

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重复继承
 

下面我们再来看看，发生重复继承的情况。所谓重复继承，也就是某个基类被间接地重复继承了多次。

下图是一个继承图，我们重载了父类的f()函数。

其类继承的源代码如下所示。其中，每个类都有两个变量，一个是整形（4字节），一个是字符（1字节），而且还有自己的虚函数，自己overwrite父类的虚函数。如子类D中，f()覆盖了超类的函数， f1() 和f2() 覆盖了其父类的虚函数，Df()为自己的虚函数。

class B

{

    public:

        int ib;

        char cb;

    public:

        B():ib(0),cb('B') {}

        virtual void f() { cout << "B::f()" << endl;}

        virtual void Bf() { cout << "B::Bf()" << endl;}

};

class B1 :  public B

{

    public:

        int ib1;

        char cb1;

    public:

        B1():ib1(11),cb1('1') {}

        virtual void f() { cout << "B1::f()" << endl;}

        virtual void f1() { cout << "B1::f1()" << endl;}

        virtual void Bf1() { cout << "B1::Bf1()" << endl;}

};

class B2:  public B

{

    public:

        int ib2;

        char cb2;

    public:

        B2():ib2(12),cb2('2') {}

        virtual void f() { cout << "B2::f()" << endl;}

        virtual void f2() { cout << "B2::f2()" << endl;}

        virtual void Bf2() { cout << "B2::Bf2()" << endl;}

};

class D : public B1, public B2

{

    public:

        int id;

        char cd;

    public:

        D():id(100),cd('D') {}

        virtual void f() { cout << "D::f()" << endl;}

        virtual void f1() { cout << "D::f1()" << endl;}

        virtual void f2() { cout << "D::f2()" << endl;}

        virtual void Df() { cout << "D::Df()" << endl;}

};

我们用来存取子类内存布局的代码如下所示：（在VC++ 2003和G++ 3.4.4下）

    typedef void(*Fun)(void);

    int** pVtab = NULL;

    Fun pFun = NULL;

    D d;

    pVtab = (int**)&d;

    cout << "[0] D::B1::_vptr->" << endl;

    pFun = (Fun)pVtab[0][0];

    cout << "     [0] ";    pFun();

    pFun = (Fun)pVtab[0][1];

    cout << "     [1] ";    pFun();

    pFun = (Fun)pVtab[0][2];

    cout << "     [2] ";    pFun();

    pFun = (Fun)pVtab[0][3];

    cout << "     [3] ";    pFun();

    pFun = (Fun)pVtab[0][4];

    cout << "     [4] ";    pFun();

    pFun = (Fun)pVtab[0][5];

    cout << "     [5] 0x" << pFun << endl;

    cout << "[1] B::ib = " << (int)pVtab[1] << endl;

    cout << "[2] B::cb = " << (char)pVtab[2] << endl;

    cout << "[3] B1::ib1 = " << (int)pVtab[3] << endl;

    cout << "[4] B1::cb1 = " << (char)pVtab[4] << endl;

    cout << "[5] D::B2::_vptr->" << endl;

    pFun = (Fun)pVtab[5][0];

    cout << "     [0] ";    pFun();

    pFun = (Fun)pVtab[5][1];

    cout << "     [1] ";    pFun();

    pFun = (Fun)pVtab[5][2];

    cout << "     [2] ";    pFun();

    pFun = (Fun)pVtab[5][3];

    cout << "     [3] ";    pFun();

    pFun = (Fun)pVtab[5][4];

    cout << "     [4] 0x" << pFun << endl;

    cout << "[6] B::ib = " << (int)pVtab[6] << endl;

    cout << "[7] B::cb = " << (char)pVtab[7] << endl;   

    cout << "[8] B2::ib2 = " << (int)pVtab[8] << endl;

    cout << "[9] B2::cb2 = " << (char)pVtab[9] << endl;

    cout << "[10] D::id = " << (int)pVtab[10] << endl;

    cout << "[11] D::cd = " << (char)pVtab[11] << endl;

程序运行结果如下：

GCC 3.4.4
 VC++ 2003
 
[0] D::B1::_vptr->

     [0] D::f()

     [1] B::Bf()

     [2] D::f1()

     [3] B1::Bf1()

     [4] D::f2()

     [5] 0x1

[1] B::ib = 0

[2] B::cb = B

[3] B1::ib1 = 11

[4] B1::cb1 = 1

[5] D::B2::_vptr->

     [0] D::f()

     [1] B::Bf()

     [2] D::f2()

     [3] B2::Bf2()

     [4] 0x0

[6] B::ib = 0

[7] B::cb = B

[8] B2::ib2 = 12

[9] B2::cb2 = 2

[10] D::id = 100

[11] D::cd = D
 [0] D::B1::_vptr->

     [0] D::f()

     [1] B::Bf()

     [2] D::f1()

     [3] B1::Bf1()

     [4] D::Df()

     [5] 0x00000000

[1] B::ib = 0

[2] B::cb = B

[3] B1::ib1 = 11

[4] B1::cb1 = 1

[5] D::B2::_vptr->

     [0] D::f()

     [1] B::Bf()

     [2] D::f2()

     [3] B2::Bf2()

     [4] 0x00000000

[6] B::ib = 0

[7] B::cb = B

[8] B2::ib2 = 12

[9] B2::cb2 = 2

[10] D::id = 100

[11] D::cd = D
 

下面是对于子类实例中的虚函数表的图：

我们可以看见，最顶端的父类B其成员变量存在于B1和B2中，并被D给继承下去了。而在D中，其有B1和B2的实例，于是B的成员在D的实例中存在两份，一份是B1继承而来的，另一份是B2继承而来的。所以，如果我们使用以下语句，则会产生二义性编译错误：

D d;

d.ib = 0;               //二义性错误

d.B1::ib = 1;           //正确

d.B2::ib = 2;           //正确

注意，上面例程中的最后两条语句存取的是两个变量。虽然我们消除了二义性的编译错误，但B类在D中还是有两个实例，这种继承造成了数据的重复，我们叫这种继承为重复继承。重复的基类数据成员可能并不是我们想要的。所以，C++引入了虚基类的概念。

钻石型多重虚拟继承
 

虚拟继承的出现就是为了解决重复继承中多个间接父类的问题的。钻石型的结构是其最经典的结构。也是我们在这里要讨论的结构：

上述的“重复继承”只需要把B1和B2继承B的语法中加上virtual 关键，就成了虚拟继承，其继承图如下所示：

上图和前面的“重复继承”中的类的内部数据和接口都是完全一样的，只是我们采用了虚拟继承：其省略后的源码如下所示：

class B {……};

class B1 : virtual public B{……};

class B2: virtual public B{……};

class D : public B1, public B2{ …… };

在查看D之前，我们先看一看单一虚拟继承的情况。下面是一段在VC++2003下的测试程序：（因为VC++和GCC的内存而局上有一些细节上的不同，所以这里只给出VC++的程序，GCC下的程序大家可以根据我给出的程序自己仿照着写一个去试一试）：

    int** pVtab = NULL;

    Fun pFun = NULL;

    B1 bb1;

    pVtab = (int**)&bb1;

    cout << "[0] B1::_vptr->" << endl;

    pFun = (Fun)pVtab[0][0];

    cout << "     [0] ";

    pFun(); //B1::f1();

    cout << "     [1] ";

    pFun = (Fun)pVtab[0][1];

    pFun(); //B1::bf1();

    cout << "     [2] ";

    cout << pVtab[0][2] << endl;

    cout << "[1] = 0x";

    cout << (int*)*((int*)(&bb1)+1) <<endl; //B1::ib1

    cout << "[2] B1::ib1 = ";

    cout << (int)*((int*)(&bb1)+2) <<endl; //B1::ib1

    cout << "[3] B1::cb1 = ";

    cout << (char)*((int*)(&bb1)+3) << endl; //B1::cb1

    cout << "[4] = 0x";

    cout << (int*)*((int*)(&bb1)+4) << endl; //NULL

    cout << "[5] B::_vptr->" << endl;

    pFun = (Fun)pVtab[5][0];

    cout << "     [0] ";

    pFun(); //B1::f();

    pFun = (Fun)pVtab[5][1];

    cout << "     [1] ";

    pFun(); //B::Bf();

    cout << "     [2] ";

    cout << "0x" << (Fun)pVtab[5][2] << endl;

    cout << "[6] B::ib = ";

    cout << (int)*((int*)(&bb1)+6) <<endl; //B::ib

    cout << "[7] B::cb = ";

其运行结果如下（我结出了GCC的和VC++2003的对比）：

GCC 3.4.4
 VC++ 2003
 
[0] B1::_vptr ->

    [0] : B1::f()

    [1] : B1::f1()

    [2] : B1::Bf1()

    [3] : 0

[1] B1::ib1 : 11

[2] B1::cb1 : 1

[3] B::_vptr ->

    [0] : B1::f()

    [1] : B::Bf()

    [2] : 0

[4] B::ib : 0

[5] B::cb : B

[6] NULL : 0
 [0] B1::_vptr->

     [0] B1::f1()

     [1] B1::Bf1()

     [2] 0

[1] = 0x00454310 ç该地址取值后是-4

[2] B1::ib1 = 11

[3] B1::cb1 = 1

[4] = 0x00000000

[5] B::_vptr->

     [0] B1::f()

     [1] B::Bf()

     [2] 0x00000000

[6] B::ib = 0

[7] B::cb = B
 

这里，大家可以自己对比一下。关于细节上，我会在后面一并再说。

下面的测试程序是看子类D的内存布局，同样是VC++ 2003的（因为VC++和GCC的内存布局上有一些细节上的不同，而VC++的相对要清楚很多，所以这里只给出VC++的程序，GCC下的程序大家可以根据我给出的程序自己仿照着写一个去试一试）：

    D d;

    pVtab = (int**)&d;

    cout << "[0] D::B1::_vptr->" << endl;

    pFun = (Fun)pVtab[0][0];

    cout << "     [0] ";    pFun(); //D::f1();

    pFun = (Fun)pVtab[0][1];

    cout << "     [1] ";    pFun(); //B1::Bf1();

    pFun = (Fun)pVtab[0][2];

    cout << "     [2] ";    pFun(); //D::Df();

    pFun = (Fun)pVtab[0][3];

    cout << "     [3] ";

    cout << pFun << endl;

    //cout << pVtab[4][2] << endl;

    cout << "[1] = 0x";

    cout <<  (int*)((&dd)+1) <<endl; //????

    cout << "[2] B1::ib1 = ";

    cout << *((int*)(&dd)+2) <<endl; //B1::ib1

    cout << "[3] B1::cb1 = ";

    cout << (char)*((int*)(&dd)+3) << endl; //B1::cb1

    //---------------------

    cout << "[4] D::B2::_vptr->" << endl;

    pFun = (Fun)pVtab[4][0];

    cout << "     [0] ";    pFun(); //D::f2();

    pFun = (Fun)pVtab[4][1];

    cout << "     [1] ";    pFun(); //B2::Bf2();

    pFun = (Fun)pVtab[4][2];

    cout << "     [2] ";

    cout << pFun << endl;

    cout << "[5] = 0x";

    cout << *((int*)(&dd)+5) << endl; // ???

    cout << "[6] B2::ib2 = ";

    cout << (int)*((int*)(&dd)+6) <<endl; //B2::ib2

    cout << "[7] B2::cb2 = ";

    cout << (char)*((int*)(&dd)+7) << endl; //B2::cb2

    cout << "[8] D::id = ";

    cout << *((int*)(&dd)+8) << endl; //D::id

    cout << "[9] D::cd = ";

    cout << (char)*((int*)(&dd)+9) << endl;//D::cd

    cout << "[10]  = 0x";

    cout << (int*)*((int*)(&dd)+10) << endl;

    //---------------------

    cout << "[11] D::B::_vptr->" << endl;

    pFun = (Fun)pVtab[11][0];

    cout << "     [0] ";    pFun(); //D::f();

    pFun = (Fun)pVtab[11][1];

    cout << "     [1] ";    pFun(); //B::Bf();

    pFun = (Fun)pVtab[11][2];

    cout << "     [2] ";

    cout << pFun << endl;

    cout << "[12] B::ib = ";

    cout << *((int*)(&dd)+12) << endl; //B::ib

    cout << "[13] B::cb = ";

    cout << (char)*((int*)(&dd)+13) <<endl;//B::cb

下面给出运行后的结果（分VC++和GCC两部份）

GCC 3.4.4
 VC++ 2003
 
[0] B1::_vptr ->

    [0] : D::f()

    [1] : D::f1()

    [2] : B1::Bf1()

    [3] : D::f2()

    [4] : D::Df()

    [5] : 1

[1] B1::ib1 : 11

[2] B1::cb1 : 1

[3] B2::_vptr ->

    [0] : D::f()

    [1] : D::f2()

    [2] : B2::Bf2()

    [3] : 0

[4] B2::ib2 : 12

[5] B2::cb2 : 2

[6] D::id : 100

[7] D::cd : D

[8] B::_vptr ->

    [0] : D::f()

    [1] : B::Bf()

    [2] : 0

[9] B::ib : 0

[10] B::cb : B

[11] NULL : 0
 [0] D::B1::_vptr->

     [0] D::f1()

     [1] B1::Bf1()

     [2] D::Df()

     [3] 00000000

[1] = 0x0013FDC4  ç 该地址取值后是-4

[2] B1::ib1 = 11

[3] B1::cb1 = 1

[4] D::B2::_vptr->

     [0] D::f2()

     [1] B2::Bf2()

     [2] 00000000

[5] = 0x4539260   ç 该地址取值后是-4

[6] B2::ib2 = 12

[7] B2::cb2 = 2

[8] D::id = 100

[9] D::cd = D

[10]  = 0x00000000

[11] D::B::_vptr->

     [0] D::f()

     [1] B::Bf()

     [2] 00000000

[12] B::ib = 0

[13] B::cb = B
 

关于虚拟继承的运行结果我就不画图了（前面的作图已经让我产生了很严重的厌倦感，所以就偷个懒了，大家见谅了）

在上面的输出结果中，我用不同的颜色做了一些标明。我们可以看到如下的几点：

1）无论是GCC还是VC++，除了一些细节上的不同，其大体上的对象布局是一样的。也就是说，先是B1（黄色），然后是B2（绿色），接着是D（灰色），而B这个超类（青蓝色）的实例都放在最后的位置。

2）关于虚函数表，尤其是第一个虚表，GCC和VC++有很重大的不一样。但仔细看下来，还是VC++的虚表比较清晰和有逻辑性。

3）VC++和GCC都把B这个超类放到了最后，而VC++有一个NULL分隔符把B和B1和B2的布局分开。GCC则没有。

4）VC++中的内存布局有两个地址我有些不是很明白，在其中我用红色标出了。取其内容是-4。接道理来说，这个指针应该是指向B类实例的内存地址（这个做法就是为了保证重复的父类只有一个实例的技术）。但取值后却不是。这点我目前还并不太清楚，还向大家请教。

5）GCC的内存布局中在B1和B2中则没有指向B的指针。这点可以理解，编译器可以通过计算B1和B2的size而得出B的偏移量。

结束语
C++这门语言是一门比较复杂的语言，对于程序员来说，我们似乎永远摸不清楚这门语言背着我们在干了什么。需要熟悉这门语言，我们就必需要了解C++里面的那些东西，需要我们去了解他后面的内存对象。这样我们才能真正的了解C++，从而能够更好的使用C++这门最难的编程语言。

在文章束之前还是介绍一下自己吧。我从事软件研发有十个年头了，目前是软件开发技术主管，技术方面，主攻Unix/C/C++，比较喜欢网络上的技术，比如分布式计算，网格计算，P2P，Ajax等一切和互联网相关的东西。管理方面比较擅长于团队建设，技术趋势分析，项目管理。欢迎大家和我交流，我的MSN和Email是：haoel@hotmail.

本文来自CSDN博客，转载请标明出处：http://blog.csdn.net/haoel/archive/2008/10/15/3081385.aspx

陈皓

http://blog.csdn.net/haoel

前言
 

07年12月，我写了一篇《C++虚函数表解析》的文章，引起了大家的兴趣。有很多朋友对我的文章留了言，有鼓励我的，有批评我的，还有很多问问题的。我在这里一并对大家的留言表示感谢。这也是我为什么再写一篇续言的原因。因为，在上一篇文章中，我用了的示例都是非常简单的，主要是为了说明一些机理上的问题，也是为了图一些表达上方便和简单。不想，这篇文章成为了打开C++对象模型内存布局的一个引子，引发了大家对C++对象的更深层次的讨论。当然，我之前的文章还有很多方面没有涉及，从我个人感觉下来，在谈论虚函数表里，至少有以下这些内容没有涉及：

1）有成员变量的情况。

2）有重复继承的情况。

3）有虚拟继承的情况。

4）有钻石型虚拟继承的情况。

这些都是我本篇文章需要向大家说明的东西。所以，这篇文章将会是《C++虚函数表解析》的一个续篇，也是一篇高级进阶的文章。我希望大家在读这篇文章之前对C++有一定的基础和了解，并能先读我的上一篇文章。因为这篇文章的深度可能会比较深，而且会比较杂乱，我希望你在读本篇文章时不会有大脑思维紊乱导致大脑死机的情况。;-)

对象的影响因素
 

简而言之，我们一个类可能会有如下的影响因素：

1）成员变量

2）虚函数（产生虚函数表）

3）单一继承（只继承于一个类）

4）多重继承（继承多个类）

5）重复继承（继承的多个父类中其父类有相同的超类）

6）虚拟继承（使用virtual方式继承，为了保证继承后父类的内存布局只会存在一份）

上述的东西通常是C++这门语言在语义方面对对象内部的影响因素，当然，还会有编译器的影响（比如优化），还有字节对齐的影响。在这里我们都不讨论，我们只讨论C++语言上的影响。

本篇文章着重讨论下述几个情况下的C++对象的内存布局情况。

1）单一的一般继承（带成员变量、虚函数、虚函数覆盖）

2）单一的虚拟继承（带成员变量、虚函数、虚函数覆盖）

3）多重继承（带成员变量、虚函数、虚函数覆盖）

4）重复多重继承（带成员变量、虚函数、虚函数覆盖）

5）钻石型的虚拟多重继承（带成员变量、虚函数、虚函数覆盖）

我们的目标就是，让事情越来越复杂。

知识复习
 

我们简单地复习一下，我们可以通过对象的地址来取得虚函数表的地址，如：

          typedef void(*Fun)(void);

            Base b;

            Fun pFun = NULL;

            cout << "虚函数表地址：" << (int*)(&b) << endl;

            cout << "虚函数表 — 第一个函数地址：" << (int*)*(int*)(&b) << endl;

            // Invoke the first virtual function 

            pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&b));

            pFun();

我们同样可以用这种方式来取得整个对象实例的内存布局。因为这些东西在内存中都是连续分布的，我们只需要使用适当的地址偏移量，我们就可以获得整个内存对象的布局。

本篇文章中的例程或内存布局主要使用如下编译器和系统：

1）Windows XP 和 VC++ 2003

2）Cygwin 和 G++ 3.4.4

单一的一般继承
 

下面，我们假设有如下所示的一个继承关系：

请注意，在这个继承关系中，父类，子类，孙子类都有自己的一个成员变量。而了类覆盖了父类的f()方法，孙子类覆盖了子类的g_child()及其超类的f()。

我们的源程序如下所示：

class Parent {

public:

    int iparent;

    Parent ():iparent (10) {}

    virtual void f() { cout << " Parent::f()" << endl; }

    virtual void g() { cout << " Parent::g()" << endl; }

    virtual void h() { cout << " Parent::h()" << endl; }

};

class Child : public Parent {

public:

    int ichild;

    Child():ichild(100) {}

    virtual void f() { cout << "Child::f()" << endl; }

    virtual void g_child() { cout << "Child::g_child()" << endl; }

    virtual void h_child() { cout << "Child::h_child()" << endl; }

};

class GrandChild : public Child{

public:

    int igrandchild;

    GrandChild():igrandchild(1000) {}

    virtual void f() { cout << "GrandChild::f()" << endl; }

    virtual void g_child() { cout << "GrandChild::g_child()" << endl; }

    virtual void h_grandchild() { cout << "GrandChild::h_grandchild()" << endl; }

};

我们使用以下程序作为测试程序：（下面程序中，我使用了一个int** pVtab 来作为遍历对象内存布局的指针，这样，我就可以方便地像使用数组一样来遍历所有的成员包括其虚函数表了，在后面的程序中，我也是用这样的方法的，请不必感到奇怪，）

    typedef void(*Fun)(void);

    GrandChild gc;

    int** pVtab = (int**)&gc;

    cout << "[0] GrandChild::_vptr->" << endl;

    for (int i=0; (Fun)pVtab[0][i]!=NULL; i++){

                pFun = (Fun)pVtab[0][i];

                cout << "    ["<<i<<"] ";

                pFun();

    }

    cout << "[1] Parent.iparent = " << (int)pVtab[1] << endl;

    cout << "[2] Child.ichild = " << (int)pVtab[2] << endl;

    cout << "[3] GrandChild.igrandchild = " << (int)pVtab[3] << endl;

其运行结果如下所示：（在VC++ 2003和G++ 3.4.4下）

[0] GrandChild::_vptr->

    [0] GrandChild::f()

    [1] Parent::g()

    [2] Parent::h()

    [3] GrandChild::g_child()

    [4] Child::h1()

    [5] GrandChild::h_grandchild()

[1] Parent.iparent = 10

[2] Child.ichild = 100

[3] GrandChild.igrandchild = 1000
 

使用图片表示如下：

可见以下几个方面：

1）虚函数表在最前面的位置。

2）成员变量根据其继承和声明顺序依次放在后面。

3）在单一的继承中，被overwrite的虚函数在虚函数表中得到了更新。

多重继承
 

下面，再让我们来看看多重继承中的情况，假设有下面这样一个类的继承关系。注意：子类只overwrite了父类的f()函数，而还有一个是自己的函数（我们这样做的目的是为了用g1()作为一个标记来标明子类的虚函数表）。而且每个类中都有一个自己的成员变量：

我们的类继承的源代码如下所示：父类的成员初始为10，20，30，子类的为100

class Base1 {

public:

    int ibase1;

    Base1():ibase1(10) {}

    virtual void f() { cout << "Base1::f()" << endl; }

    virtual void g() { cout << "Base1::g()" << endl; }

    virtual void h() { cout << "Base1::h()" << endl; }

};

class Base2 {

public:

    int ibase2;

    Base2():ibase2(20) {}

    virtual void f() { cout << "Base2::f()" << endl; }

    virtual void g() { cout << "Base2::g()" << endl; }

    virtual void h() { cout << "Base2::h()" << endl; }

};

class Base3 {

public:

    int ibase3;

    Base3():ibase3(30) {}

    virtual void f() { cout << "Base3::f()" << endl; }

    virtual void g() { cout << "Base3::g()" << endl; }

    virtual void h() { cout << "Base3::h()" << endl; }

};

class Derive : public Base1, public Base2, public Base3 {

public:

    int iderive;

    Derive():iderive(100) {}

    virtual void f() { cout << "Derive::f()" << endl; }

    virtual void g1() { cout << "Derive::g1()" << endl; }

};

我们通过下面的程序来查看子类实例的内存布局：下面程序中，注意我使用了一个s变量，其中用到了sizof(Base)来找下一个类的偏移量。（因为我声明的是int成员，所以是4个字节，所以没有对齐问题。关于内存的对齐问题，大家可以自行试验，我在这里就不多说了）

             typedef void(*Fun)(void);

               Derive d;

                int** pVtab = (int**)&d;

                cout << "[0] Base1::_vptr->" << endl;

                pFun = (Fun)pVtab[0][0];

                cout << "     [0] ";

                pFun();

                pFun = (Fun)pVtab[0][1];

                cout << "     [1] ";pFun();

                pFun = (Fun)pVtab[0][2];

                cout << "     [2] ";pFun();

                pFun = (Fun)pVtab[0][3];

                cout << "     [3] "; pFun();

                pFun = (Fun)pVtab[0][4];

                cout << "     [4] "; cout<<pFun<<endl;

                cout << "[1] Base1.ibase1 = " << (int)pVtab[1] << endl;

                int s = sizeof(Base1)/4;

                cout << "[" << s << "] Base2::_vptr->"<<endl;

                pFun = (Fun)pVtab[s][0];

                cout << "     [0] "; pFun();

                Fun = (Fun)pVtab[s][1];

                cout << "     [1] "; pFun();

                pFun = (Fun)pVtab[s][2];

                cout << "     [2] "; pFun();

                pFun = (Fun)pVtab[s][3];

                out << "     [3] ";

                cout<<pFun<<endl;

                cout << "["<< s+1 <<"] Base2.ibase2 = " << (int)pVtab[s+1] << endl;

                s = s + sizeof(Base2)/4;

                cout << "[" << s << "] Base3::_vptr->"<<endl;

                pFun = (Fun)pVtab[s][0];

                cout << "     [0] "; pFun();

                pFun = (Fun)pVtab[s][1];

                cout << "     [1] "; pFun();

                pFun = (Fun)pVtab[s][2];

                cout << "     [2] "; pFun();

                pFun = (Fun)pVtab[s][3];

                 cout << "     [3] ";

                cout<<pFun<<endl;

                s++;

                cout << "["<< s <<"] Base3.ibase3 = " << (int)pVtab[s] << endl;

                s++;

                cout << "["<< s <<"] Derive.iderive = " << (int)pVtab[s] << endl;

其运行结果如下所示：（在VC++ 2003和G++ 3.4.4下）

[0] Base1::_vptr->

     [0] Derive::f()

     [1] Base1::g()

     [2] Base1::h()

     [3] Driver::g1()

     [4] 00000000      ç 注意：在GCC下，这里是1

[1] Base1.ibase1 = 10

[2] Base2::_vptr->

     [0] Derive::f()

     [1] Base2::g()

     [2] Base2::h()

     [3] 00000000      ç 注意：在GCC下，这里是1

[3] Base2.ibase2 = 20

[4] Base3::_vptr->

     [0] Derive::f()

     [1] Base3::g()

     [2] Base3::h()

     [3] 00000000

[5] Base3.ibase3 = 30

[6] Derive.iderive = 100
 

使用图片表示是下面这个样子：

我们可以看到：

1）  每个父类都有自己的虚表。

2）  子类的成员函数被放到了第一个父类的表中。

3）  内存布局中，其父类布局依次按声明顺序排列。

4）  每个父类的虚表中的f()函数都被overwrite成了子类的f()。这样做就是为了解决不同的父类类型的指针指向同一个子类实例，而能够调用到实际的函数。

本文来自CSDN博客，转载请标明出处：http://blog.csdn.net/haoel/archive/2008/10/15/3081328.aspx

      记得，有位微软的C++翘楚人物，Herb Sutter给这种技巧称为Pimpl ( Private Implemention ), 用的恰到好处时，可以提高项目开发速度，同时模块的头文件间的#include关系得以缓解，可以避开循环依赖，而且可以获得一个良好的物理设计。

总结:
      Pimpl方法感觉很不错,
      使用这个方法的时候,一定要注意的是在这个地方的变化,这个是我第二遍看的时候才注意到的.
     class SoundSystem {
      public:
         // ...
      private:
         StreamFilter currentFilter;
         EmitModeConfig modeConfig;
      };

      采用Pimpl方法后,变为
     class SoundSystem {
      public:
         // ...
      private:
         StreamFilter* currentFilterPtr;
         EmitModeConfig* modeConfigPtr;
      };
      所以在.cpp文件中就有了new和delete的操作.

      对于这种方法有一个疑问?对于那种存在包含众多类的情况下,这种方法的驾驭不是一般人能够掌握的吧.或许这种方法就不太使用了,不如等待一会,编译.

使用vector的时候最好动态地添加元素。它不同于C和Java或其他语言的数据类型，为了达到连续性，更有效的方法是先初始化一个空vector对象，然后再动态添加元素，而不是预先分配内存。

22、vector值初始化

内置->0

有默认构造->调用默认构造

无默认构造，有其他构造->程序员手动提供初始值

无默认构造，也无其他构造->标准库产生一个带初值的对象

23、数组下标的类型

C++中，数组下标的正确类型是size_t而不是int，size_t是一个与机器相关的unsigned类型。

24、在声明指针的时候，可以用空格将符号*与其后的标识符分隔开来，string *ps与string* ps都是可以的，但后者容易产生误解，如：

string* ps1,ps2;     //ps1是指针，而ps2是一个string对象

也就是说，人们可能误把string和string*当作两个类型，或者说string*被当作一种新类型来看待，但这是错的！

25、一个有效的指针必然是以下三种状态之一：

1. 保存特定的对象的地址；
2. 指向某个对象后面的另一对象；
3. 或者是0值。表明它不指向任何对象。

其中int *pi=0;与int *pi;是不同的。前者是初始化指针指向0地址的对象（即为NULL）（pi initialized to address to no object），后者却是未初始化的（ok, but dangerous, pi is uninitialized）。

编译器可以检测出0值的指针，程序可判断该指针并未指向一个对象，而未初始化的指针的使用标准并未定义，对大多数编译器来说，如果使用未初始化的指针会将指针中存放的不确定值视为地址，然后操纵该内存地址中存放的位内容，使用未初始化的指针相当于操纵这个不确定的地址中存储的基础数据，因此对未初始化的指针进行解引用时，通常会导致程序崩溃。

26、void*指针

void*指针只支持几种有限的操作：

1. 与另一个指针进行比较；
2. 向函数传递void*指针或从函数返回void*指针；
3. 给另一个void*指针赋值。

不允许使用void*指针操纵它所指向的对象。

27、指针和引用的比较（P105）

虽然使用引用（reference）和指针都可间接访问另一个值，但它们之间有两个重要区别。第一个区别在于引用总是指向某个对象：定义引用时没有初始化是错误的。第二个重要区别则是赋值行为的差异：给引用赋值修改的是该引用所关联的对象的值，而并不是使引用与另一个对象关联。引用一经初始化，就始终指向同一个特定对象（这就是为什么引用必须在定义时初始化的原因）。

28、指针与typedef（P112）

const放在类型前和放在类型后都可以表示同样的意思：

const string s1;
string const s2;

s1和s2均表示常量字符串对象。

但因此就导致了下面的句子可能产生误解：

typedef string *pstring;
const pstring cstr;

容易错把typedef当成文本扩展而产生下面的理解：

const string *cstr; //这并非上面例子的正确意思！（错误）

应该从声明的句子看，也就是说只看const pstring cstr;，在这里pstring是一种指针类型，const修饰的是这个类型，因此正确的理解应该是：

string *const cstr;

而const pstring cstr;其实可以表示为pstring const cstr;，这样的写法则不容易产生误解。从右向左阅读的意思就是：cstr是const pstring类型，即指向string对象的const指针。

29、创建动态数组（注意点见代码注释）

const char *cp1 = "some value";
char *cp2 = "other value";
int *piArray1 = new int[10];    //内置类型没有初始化
int *piArray2 = new int[10]();    //内置类型需要加空圆括号，对数组元素进行初始化
std::string *psArray1 = new std::string[10];    //默认构造函数初始化
std::cout<<"----------"<<std::endl
<<"*cp1\t\t:"<<*cp1<<std::endl
<<"*cp2\t\t:"<<*cp2<<std::endl
<<"*piArray1\t:"<<*piArray1<<std::endl
<<"*piArray2\t:"<<*piArray2<<std::endl
<<"*psArray1\t:"<<*psArray1<<std::endl
<<"----------"<<std::endl;

但是下面的结果却与概念上的不同：

////Visual Studio & MS VC++
//----------
//*cp1            :s
//*cp2            :o
//*piArray1       :-842150451
//*piArray2       :0
//*psArray1       :
//----------
////Eclipse&G++
//----------
//*cp1        :s
//*cp2        :o
//*piArray1    :4064608
//*piArray2    :4064560
//*psArray1    :
//----------

看来不同的编译器对此的定义还是有所不同，注意看*piArray2的值，按照说明应该是初始化为0，但这里却仍然表现出与*piArray1一样的值，说明并没有发生初始化。

对于动态分配的数组，其元素只能初始化为元素类型的默认值，而不能像数组变量一样，用初始化列表为数组元素提供各不相同的初值。

30、const对象的动态数组

//P118
//error:uninitialized const array
const int *pciArray1 = new const int[10];
//ok:value-initialized const array
const int *pciArray2 = new const int[10]();
std::cout<<*pciArray1<<std::endl;
std::cout<<*pciArray2<<std::endl;

上面的示例的注释来自书中，但在VC++编译器和G++编译器下却不同，具体表现为：

• VC++：编译正确，第一句输出随机地址的值，第二句输出初始化的0（其中按照“标准”第一种因为未向const变量初始化，应该无法通过编译，但这里可以）
• G++：编译错误，第一句的错误信息为“uninitialized const in `new' of `const int'”，但第二句按照标准应该输出0的，这里却输出了随机地址的值。

看来两个编译器对这一问题的看法不太一致。

问题：当运行时错误产生时，我怎样才能得到包含C++文件名和行号的字符串信息？
回答：在C++中的__FILE__预编译指示器包含了被编译的文件名，而__LINE__则包含了源代码的行号。__FILE__和__LINE__的前后都包含了两个下划线，让我们仔细看看__FILE__所包含的每个字符：

_ _ F I L E _ _

下面展示了在控制台程序中如果显示文件名和代码行号。

输出结果：

This fake error is in c:\temp\test.cpp on line 5

我想通过一个通用函数error()来报告错误，以使当某个错误发生时我能设置断点以及隔离错误处理（例如，在屏幕上打印错误信息或者写入日志）。因此，函数的原型应该是这样的吧：

#define AT __FILE__ ":" #__LINE__

嘿嘿，这样总行了吧。别高兴得太早，这样也是不行的。因为编译器会抱怨#是个无效字符。其实，问题是#预编译指示器只有这样使用才会
被正确识别：

#define symbol(X) #X 

解决方法是再用一个宏来包装STRINGIFY()：

#pragma chMSG(Fix this later)

http://www.cppblog.com/iuranus/archive/2008/12/25/70315.html

具体归纳如下:

reinterpret_cast

该函数将一个类型的指针转换为另一个类型的指针.
这种转换不用修改指针变量值存放格式(不改变指针变量值),只需在编译时重新解释指针的类型就可做到.
reinterpret_cast 可以将指针值转换为一个整型数,但不能用于非指针类型的转换.
例:
//基本类型指针的类型转换
double d=9.2;
double* pd = &d;
int *pi = reinterpret_cast<int*>(pd);  //相当于int *pi = (int*)pd;

//不相关的类的指针的类型转换
class A{};
class B{};
A* pa = new A;
B* pb = reinterpret_cast<B*>(pa);   //相当于B* pb = (B*)pa;

//指针转换为整数
long l = reinterpret_cast<long>(pi);   //相当于long l = (long)pi;

const_cast

该函数用于去除指针变量的常量属性，将它转换为一个对应指针类型的普通变量。反过来，也可以将一个非常量的指针变量转换为一个常指针变量。
这种转换是在编译期间做出的类型更改。
例：
const int* pci = 0;
int* pk = const_cast<int*>(pci);  //相当于int* pk = (int*)pci;

const A* pca = new A;
A* pa = const_cast<A*>(pca);     //相当于A* pa = (A*)pca;

出于安全性考虑，const_cast无法将非指针的常量转换为普通变量。

static_cast

该函数主要用于基本类型之间和具有继承关系的类型之间的转换。
这种转换一般会更改变量的内部表示方式，因此，static_cast应用于指针类型转换没有太大意义。
例：
//基本类型转换
int i=0;
double d = static_cast<double>(i);  //相当于 double d = (double)i;

//转换继承类的对象为基类对象
class Base{};
class Derived : public Base{};
Derived d;
Base b = static_cast<Base>(d);     //相当于 Base b = (Base)d;

dynamic_cast

它与static_cast相对，是动态转换。
这种转换是在运行时进行转换分析的，并非在编译时进行，明显区别于上面三个类型转换操作。
该函数只能在继承类对象的指针之间或引用之间进行类型转换。进行转换时，会根据当前运行时类型信息，判断类型对象之间的转换是否合法。dynamic_cast的指针转换失败，可通过是否为null检测，引用转换失败则抛出一个bad_cast异常。
例：
class Base{};
class Derived : public Base{};

//派生类指针转换为基类指针
Derived *pd = new Derived;
Base *pb = dynamic_cast<Base*>(pd);

if (!pb)
 cout << "类型转换失败" << endl;

//没有继承关系，但被转换类有虚函数
class A(virtual ~A();)   //有虚函数
class B{}:
A* pa = new A;
B* pb  = dynamic_cast<B*>(pa);

如果对无继承关系或者没有虚函数的对象指针进行转换、基本类型指针转换以及基类指针转换为派生类指针，都不能通过编译。

http://www-128.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-mleak2/index.html

内存泄漏对于C/C++程序员来说也可以算作是个永恒的话题了吧。在Windows下，MFC的一个很有用的功能就是能在程序运行结束时报告是否发生了内存泄漏。在Linux下，相对来说就没有那么容易使用的解决方案了：像mpatrol之类的现有工具，易用性、附加开销和性能都不是很理想。本文实现一个极易于使用、跨平台的C++内存泄漏检测器。并对相关的技术问题作一下探讨。

基本使用

对于下面这样的一个简单程序test.cpp：

int main()
            {
            int* p1 = new int;
            char* p2 = new char[10];
            return 0;
            }
            

我们的基本需求当然是对于该程序报告存在两处内存泄漏。要做到这点的话，非常简单，只要把debug_new.cpp也编译、链接进去就可以了。在Linux下，我们使用：

g++ test.cpp debug_new.cpp -o test
            

输出结果如下所示：

Leaked object at 0x805e438 (size 10, <Unknown>:0)
            Leaked object at 0x805e410 (size 4, <Unknown>:0)
            

如果我们需要更清晰的报告，也很简单，在test.cpp开头加一行

#include "debug_new.h"
            

即可。添加该行后的输出如下：

Leaked object at 0x805e438 (size 10, test.cpp:5)
            Leaked object at 0x805e410 (size 4, test.cpp:4)
            

非常简单！

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背景知识

在new/delete操作中，C++为用户产生了对operator new和operator delete的调用。这是用户不能改变的。operator new和operator delete的原型如下所示：

void *operator new(size_t) throw(std::bad_alloc);
            void *operator new[](size_t) throw(std::bad_alloc);
            void operator delete(void*) throw();
            void operator delete[](void*) throw();
            

对于"new int"，编译器会产生一个调用"operator new(sizeof(int))"，而对于"new char[10]"，编译器会产生"operator new[](sizeof(char) * 10)"（如果new后面跟的是一个类名的话，当然还要调用该类的构造函数）。类似地，对于"delete ptr"和"delete[] ptr"，编译器会产生"operator delete(ptr)"调用和"operator delete[](ptr)"调用（如果ptr的类型是指向对象的指针的话，那在operator delete之前还要调用对象的析构函数）。当用户没有提供这些操作符时，编译系统自动提供其定义；而当用户自己提供了这些操作符时，就覆盖了编译系统提供的版本，从而可获得对动态内存分配操作的精确跟踪和控制。

同时，我们还可以使用placement new操作符来调整operator new的行为。所谓placement new，是指带有附加参数的new操作符，比如，当我们提供了一个原型为

void* operator new(size_t size, const char* file, int line);
            

的操作符时，我们就可以使用"new("hello", 123) int"来产生一个调用"operator new(sizeof(int), "hello", 123)"。这可以是相当灵活的。又如，C++标准要求编译器提供的一个placement new操作符是

void* operator new(size_t size, const std::nothrow_t&);
            

其中，nothrow_t通常是一个空结构（定义为"struct nothrow_t {};"），其唯一目的是提供编译器一个可根据重载规则识别具体调用的类型。用户一般简单地使用"new(std::nothrow) 类型"（nothrow是一个nothrow_t类型的常量）来调用这个placement new操作符。它与标准new的区别是，new在分配内存失败时会抛出异常，而"new(std::nothrow)"在分配内存失败时会返回一个空指针。

要注意的是，没有对应的"delete(std::nothrow) ptr"的语法；不过后文会提到另一个相关问题。

要进一步了解以上关于C++语言特性的信息，请参阅[Stroustrup1997]，特别是6.2.6、10.4.11、15.6、19.4.5和B.3.4节。这些C++语言特性是理解本实现的关键。

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检测原理

和其它一些内存泄漏检测的方式类似，debug_new中提供了operator new重载，并使用了宏在用户程序中进行替换。debug_new.h中的相关部分如下：

void* operator new(size_t size, const char* file, int line);
            void* operator new[](size_t size, const char* file, int line);
            #define new DEBUG_NEW
            #define DEBUG_NEW new(__FILE__, __LINE__)
            

拿上面加入debug_new.h包含后的test.cpp来说，"new char[10]"在预处理后会变成"new("test.cpp", 4) char[10]"，编译器会据此产生一个"operator new[](sizeof(char) * 10, "test.cpp", 4)"调用。通过在debug_new.cpp中自定义"operator new(size_t, const char*, int)"和"operator delete(void*)"（以及"operator new[]…"和"operator delete[]…"；为避免行文累赘，以下不特别指出，说到operator new和operator delete均同时包含数组版本），我可以跟踪所有的内存分配调用，并在指定的检查点上对不匹配的new和delete操作进行报警。实现可以相当简单，用map记录所有分配的内存指针就可以了：new时往map里加一个指针及其对应的信息，delete时删除指针及对应的信息；delete时如果map里不存在该指针为错误删除；程序退出时如果map里还存在未删除的指针则说明有内存泄漏。

不过，如果不包含debug_new.h，这种方法就起不了作用了。不仅如此，部分文件包含debug_new.h，部分不包含debug_new.h都是不可行的。因为虽然我们使用了两种不同的operator new --"operator new(size_t, const char*, int)"和"operator new(size_t)"-- 但可用的"operator delete"还是只有一种！使用我们自定义的"operator delete"，当我们删除由"operator new(size_t)"分配的指针时，程序将认为被删除的是一个非法指针！我们处于一个两难境地：要么对这种情况产生误报，要么对重复删除同一指针两次不予报警：都不是可接受的良好行为。

看来，自定义全局"operator new(size_t)"也是不可避免的了。在debug_new中，我是这样做的：

void* operator new(size_t size)
            {
            return operator new(size, "<Unknown>", 0);
            }
            

但前面描述的方式去实现内存泄漏检测器，在某些C++的实现中（如GCC 2.95.3中带的SGI STL）工作正常，但在另外一些实现中会莫名其妙地崩溃。原因也不复杂，SGI STL使用了内存池，一次分配一大片内存，因而使利用map成为可能；但在其他的实现可能没这样做，在map中添加数据会调用operator new，而operator new会在map中添加数据，从而构成一个死循环，导致内存溢出，应用程序立即崩溃。因此，我们不得不停止使用方便的STL模板，而使用手工构建的数据结构：

struct new_ptr_list_t
            {
            new_ptr_list_t*		next;
            const char*			file;
            int					line;
            size_t				size;
            };
            

我最初的实现方法就是每次在使用new分配内存时，调用malloc多分配 sizeof(new_ptr_list_t) 个字节，把分配的内存全部串成一个一个链表（利用next字段），把文件名、行号、对象大小信息分别存入file、line和size字段中，然后返回(malloc返回的指针 + sizeof(new_ptr_list_t))。在delete时，则在链表中搜索，如果找到的话（(char*)链表指针 + sizeof(new_ptr_list_t) == 待释放的指针），则调整链表、释放内存，找不到的话报告删除非法指针并abort。

至于自动检测内存泄漏，我的做法是生成一个静态全局对象（根据C++的对象生命期，在程序初始化时会调用该对象的构造函数，在其退出时会调用该对象的析构函数），在其析构函数中调用检测内存泄漏的函数。用户手工调用内存泄漏检测函数当然也是可以的。

基本实现大体就是如此。

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可用性改进

上述方案最初工作得相当好，直到我开始创建大量的对象为止。由于每次delete时需要在链表中进行搜索，平均搜索次数为(链表长度/2)，程序很快就慢得像乌龟爬。虽说只是用于调试，速度太慢也是不能接受的。因此，我做了一个小更改，把指向链表头部的new_ptr_list改成了一个数组，一个对象指针放在哪一个链表中则由它的哈希值决定。--用户可以更改宏DEBUG_NEW_HASH和DEBUG_NEW_HASHTABLESIZE的定义来调整debug_new的行为。他们的当前值是我测试下来比较满意的定义。

使用中我们发现，在某些特殊情况下（请直接参看debug_new.cpp中关于DEBUG_NEW_FILENAME_LEN部分的注释），文件名指针会失效。因此，目前的debug_new的缺省行为会复制文件名的头20个字符，而不只是存储文件名的指针。另外，请注意原先new_ptr_list_t的长度为16字节，现在是32字节，都能保证在通常情况下内存对齐。

此外，为了允许程序能和 new(std::nothrow) 一起工作，我也重载了operator new(size_t, const std::nothrow_t&) throw()；不然的话，debug_new会认为对应于 new(nothrow) 的delete调用删除的是一个非法指针。由于debug_new不抛出异常（内存不足时程序直接报警退出），所以这一重载的操作只不过是调用 operator new(size_t) 而已。这就不用多说了。

前面已经提到，要得到精确的内存泄漏检测报告，可以在文件开头包含"debug_new.h"。我的惯常做法可以用作参考：

#ifdef _DEBUG
            #include "debug_new.h"
            #endif
            

包含的位置应当尽可能早，除非跟系统的头文件（典型情况是STL的头文件）发生了冲突。在某些情况下，可能会不希望debug_new重定义new，这时可以在包含debug_new.h之前定义DEBUG_NEW_NO_NEW_REDEFINITION，这样的话，在用户应用程序中应使用debug_new来代替new（顺便提一句，没有定义DEBUG_NEW_NO_NEW_REDEFINITION时也可以使用debug_new代替new）。在源文件中也许就该这样写：

#ifdef _DEBUG
            #define DEBUG_NEW_NO_NEW_REDEFINITION
            #include "debug_new.h"
            #else
            #define debug_new new
            #endif
            

并在需要追踪内存分配的时候全部使用debug_new（考虑使用全局替换）。

用户可以选择定义DEBUG_NEW_EMULATE_MALLOC，这样debug_new.h会使用debug_new和delete来模拟malloc和free操作，使得用户程序中的malloc和free操作也可以被跟踪。在使用某些编译器的时候（如Digital Mars C++ Compiler 8.29和Borland C++ Compiler 5.5.1），用户必须定义NO_PLACEMENT_DELETE，否则编译无法通过。用户还可以使用两个全局布尔量来调整debug_new的行为：new_verbose_flag，缺省为false，定义为true时能在每次new/delete时向标准错误输出显示跟踪信息；new_autocheck_flag，缺省为true，即在程序退出时自动调用check_leaks检查内存泄漏，改为false的话用户必须手工调用check_leaks来检查内存泄漏。

需要注意的一点是，由于自动调用check_leaks是在debug_new.cpp中的静态对象析构时，因此不能保证用户的全局对象的析构操作发生在check_leaks调用之前。对于Windows上的MSVC，我使用了"#pragma init_seg(lib)"来调整对象分配释放的顺序，但很遗憾，我不知道在其他的一些编译器中（特别是，我没能成功地在GCC中解决这一问题）怎么做到这一点。为了减少误报警，我采取的方式是在自动调用了check_leaks之后设new_verbose_flag为true；这样，就算误报告了内存泄漏，随后的delete操作还是会被打印显示出来。只要泄漏报告和delete报告的内容一致，我们仍可以判断出没有发生内存泄漏。

Debug_new也能检测对同一指针重复调用delete（或delete无效指针）的错误。程序将显示错误的指针值，并强制调用abort退出。

还有一个问题是异常处理。这值得用专门的一节来进行说明。

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构造函数中的异常

我们看一下以下的简单程序示例：

#include <stdexcept>
            #include <stdio.h>
            void* operator new(size_t size, int line)
            {
            printf("Allocate %u bytes on line %d\\n", size, line);
            return operator new(size);
            }
            class Obj {
            public:
            Obj(int n);
            private:
            int _n;
            };
            Obj::Obj(int n) : _n(n)
            {
            if (n == 0) {
            throw std::runtime_error("0 not allowed");
            }
            }
            int main()
            {
            try {
            Obj* p = new(__LINE__) Obj(0);
            delete p;
            } catch (const std::runtime_error& e) {
            printf("Exception: %s\\n", e.what());
            }
            }
            

看出代码中有什么问题了吗？实际上，如果我们用MSVC编译的话，编译器的警告信息已经告诉我们发生了什么：

test.cpp(27) : warning C4291: 'void *__cdecl operator new(unsigned int,int)' :
            no matching operator delete found; memory will not be freed if initialization throws an exception
            

好，把debug_new.cpp链接进去。运行结果如下：

Allocate 4 bytes on line 27 Exception: 0 not allowed Leaked object at 00342BE8 (size 4, <Unknown>:0) 	

啊哦，内存泄漏了不是！

当然，这种情况并非很常见。可是，随着对象越来越复杂，谁能够保证一个对象的子对象的构造函数或者一个对象在构造函数中调用的所有函数都不会抛出异常？并且，解决该问题的方法并不复杂，只是需要编译器对 C++ 标准有较好支持，允许用户定义 placement delete 算符（[C++1998]，5.3.4节；网上可以找到1996年的标准草案，比如下面的网址 http://www.comnets.rwth-aachen.de/doc/c++std/expr.html#expr.new）。在我测试的编译器中，GCC（2.95.3或更高版本，Linux/Windows）和MSVC（6.0或更高版本）没有问题，而Borland C++ Compiler 5.5.1和Digital Mars C++ Compiler（到v8.38为止的所有版本）则不支持该项特性。在上面的例子中，如果编译器支持的话，我们就需要声明并实现 operator delete(void*, int) 来回收new分配的内存。编译器不支持的话，需要使用宏让编译器忽略相关的声明和实现。如果要让debug_new在Borland C++ Compiler 5.5.1或Digital Mars C++ Compiler下编译的话，用户必须定义宏NO_PLACEMENT_DELETE；当然，用户得自己注意小心构造函数中抛出异常这个问题了。

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方案比较

IBM developerWorks上刊载了洪琨先生设计实现的一个Linux上的内存泄漏检测方法（[洪琨2003]）。我的方案与其相比，主要区别如下：

优点：

• 跨平台：只使用标准函数，并且在GCC 2.95.3/3.2（Linux/Windows）、MSVC 6、Digital Mars C++ 8.29、Borland C++ 5.5.1等多个编译器下调试通过。（虽然Linux是我的主要开发平台，但我发现，有时候能在Windows下编译运行代码还是非常方便的。）
• 易用性：由于重载了operator new(size_t)--洪琨先生只重载了operator new(size_t, const char*, int)--即使不包含我的头文件也能检测内存泄漏；程序退出时能自动检测内存泄漏；可以检测用户程序（不包括系统/库文件）中malloc/free产生的内存泄漏。
• 灵活性：有多个灵活的可配置项，可使用宏定义进行编译时选择。
• 可重入性：不使用全局变量，没有嵌套delete问题。
• 异常安全性：在编译器支持的情况下，能够处理构造函数中抛出的异常而不发生内存泄漏。

缺点：

• 单线程模型：跨平台的多线程实现较为麻烦，根据项目的实际需要，也为了代码清晰简单起见，我的方案不是线程安全的；换句话说，如果多个线程中同时进行new或delete操作的话，后果未定义。
• 未实现运行中内存泄漏检测报告机制：没有遇到这个需求J；不过，如果要手工调用check_leaks函数实现的话也不困难，只是跨平台性就有点问题了。
• 不能检测带 [] 算符和不带 [] 算符混用的不匹配：主要也是需求问题（如果要修改实现的话并不困难）。
• 不能在错误的delete调用时显示文件名和行号：应该不是大问题；由于我重载了operator new(size_t)，可以保证delete出错时程序必然有问题，因而我不只是显示警告信息，而且会强制程序abort，可以通过跟踪程序、检查abort时程序的调用栈知道问题出在哪儿。

另外，现在已存在不少商业和Open Source的内存泄漏检测器，本文不打算一一再做比较。Debug_new与它们相比，功能上总的来说仍较弱，但是，其良好的易用性和跨平台性、低廉的附加开销还是具有很大优势的。

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总结和讨论

以上段落基本上已经说明了debug_new的主要特点。下面做一个小小的总结。

重载的算符：

• operator new(size_t, const char*, int)
• operator new[](size_t, const char*, int)
• operator new(size_t)
• operator new[](size_t)
• operator new(size_t, const std::nothrow_t&)
• operator new[](size_t, const std::nothrow_t&)
• operator delete(void*)
• operator delete[](void*)
• operator delete(void*, const char*, int)
• operator delete[](void*, const char*, int)
• operator delete(void*, const std::nothrow_t&)
• operator delete[](void*, const std::nothrow_t&)

提供的函数：

• check_leaks()
  检查是否发生内存泄漏

提供的全局变量

• new_verbose_flag
  是否在new和delete时"罗嗦"地显示信息
• new_autocheck_flag
  是否在程序退出是自动检测一次内存泄漏

可重定义的宏：

• NO_PLACEMENT_DELETE
  假设编译器不支持placement delete（全局有效）
• DEBUG_NEW_NO_NEW_REDEFINITION
  不重定义new，假设用户会自己使用debug_new（包含debug_new.h时有效）
• DEBUG_NEW_EMULATE_MALLOC
  重定义malloc/free，使用new/delete进行模拟（包含debug_new.h时有效）
• DEBUG_NEW_HASH
  改变内存块链表哈希值的算法（编译debug_new.cpp时有效）
• DEBUG_NEW_HASHTABLE_SIZE
  改变内存块链表哈希桶的大小（编译debug_new.cpp时有效）
• DEBUG_NEW_FILENAME_LEN
  如果在分配内存时复制文件名的话，保留的文件名长度；为0时则自动定义DEBUG_NEW_NO_FILENAME_COPY（编译debug_new.cpp时有效；参见文件中的注释）
• DEBUG_NEW_NO_FILENAME_COPY
  分配内存时不进行文件名复制，而只是保存其指针；效率较高（编译debug_new.cpp时有效；参见文件中的注释）

我本人认为，debug_new目前的一个主要缺陷是不支持多线程。对于某一特定平台，要加入多线程支持并不困难，难就难在通用上（当然，条件编译是一个办法，虽然不够优雅）。等到C++标准中包含线程模型时，这个问题也许能比较完美地解决吧。另一个办法是使用像boost这样的程序库中的线程封装类，不过，这又会增加对其它库的依赖性--毕竟boost并不是C++标准的一部分。如果项目本身并不用boost，单为了这一个目的使用另外一个程序库似乎并不值得。因此，我自己暂时就不做这进一步的改进了。

另外一个可能的修改是保留标准operator new的异常行为，使其在内存不足的情况下抛出异常（普通情况）或是返回NULL（nothrow情况），而不是像现在一样终止程序运行（参见debug_new.cpp的源代码）。这一做法的难度主要在于后者：我没想出什么方法，可以保留 new(nothrow) 的语法，同时能够报告文件名和行号，并且还能够使用普通的new。不过，如果不使用标准语法，一律使用debug_new和debug_new_nothrow的话，那还是非常容易实现的。

如果大家有改进意见或其它想法的话，欢迎来信讨论。

debug_new 的源代码目前可以在 dbg_new.zip处下载。

在这篇文章的写完之后，我终于还是实现了一个线程安全的版本。该版本使用了一个轻量级的跨平台互斥体类fast_mutex（目前支持Win32和POSIX线程，在使用GCC（Linux/MinGW）、MSVC时能通过命令行参数自动检测线程类型）。有兴趣的话可在 http://mywebpage.netscape.com/yongweiwu/dbg_new.tgz下载。

参考资料

[C++1998] ISO/IEC 14882. Programming Languages-C++, 1st Edition. International Standardization Organization, International Electrotechnical Commission, American National Standards Institute, and Information Technology Industry Council, 1998

[Stroustrup1997] Bjarne Stroustrup. The C++ Programming Language, 3rd Edition. Addison-Wesley, 1997

[洪琨2003] 洪琨。 《如何在 linux 下检测内存泄漏》，IBM developerWorks 中国网站。

检测内存泄露的工具：debugnew
http://dev.csdn.net/article/58/58407.shtm

网上有一个流传甚广的检测内存泄露的工具：debugnew(debugnew.h/debugnew.cpp)
用法很简单，把debugnew.cpp放在项目里一起编译，需要检测的文件把debugnew.h嵌在文件的最前面。

为方便使用，对源代码做了一些小的改动。

下面是一些简单的说明：

1、new 的重载
void* operator new (size_t size, const char* file, int line)；　　　　　　　　⑴
void* operator new [] (size_t size, const char*  file, int line)；　　　　　　⑵

在需要检测的文件里，重定义new
#define new new(__FILE__, __LINE__)

造成的结果：
ClassName *p = new ClassName; => ClassName *p = new(__FILE__, __LINE__) ClassName;
// 实际会调用void* operator new (size_t size, const char* file, int line)；

ClassName **pp = new classname[count]; => ClassName **pp = new(__FILE__, __LINE__) ClassName[count];
// 实际会调用void* operator new [] (size_t size, const char*  file, int line)；

这其实是利用了placement new的语法，通过一个简单的宏，就可以把普通的new操作对应到相应的重载( ⑴,⑵ )上去。

2、delete 的重载
void operator delete (void* p, const char* file, int line);                   ⑶
void operator delete [] (void* p, const char* file, int line);                ⑷
void operator delete (void* p);                                               ⑸
void operator delete [] (void* p);                                            ⑹

因为没有类似于placement new的语法，所以就不能用一个宏来替换替换delete了。要调用带有更多信息的delete操作符，只能修改源代码了。
delete p; => delete ( p, __FILE__, __LINE__ );
delete []pp; => delete [] ( pp, __FILE__, __LINE__ );
但这个工作很烦琐，如果并不需要多余的信息的话，简单地重载delete( ⑸,⑹ )就可以了。

3、检测和统计
程序开始时，在debugnew.cpp中会创建一个DebugNewTracer对象
在重载的new操作符( ⑴,⑵ )中，每一次内存分配都会被记录，而在delete( ⑶,⑷,⑸,⑹ )中则会删除相应的记录。
当程序结束，DebugNewTracer对象被销毁，它的析构函数会dump剩余的记录，这就是泄露的内存了。

在原有代码的基础上，增加了记录size的功能，这样可以在每次new和delete时，看到实际占用的内存。所有信息可以dump出来，也可以写入log。


5、源代码

********************************************************
debugnew.h:

/*
 filename: debugnew.h
 
 This code is based on code retrieved from a web site. The
 author was not identified, so thanks go to anonymous.

 This is used to substitute a version of the new operator that
 can be used for debugging memory leaks. To use it:
 
 - In any (all?) code files #include debugnew.h. Make sure all
  system files (i.e. those in <>'s) are #included before
  debugnew.h, and that any header files for your own code
  are #included after debugnew.h. The reason is that some
  system files refer to ::new, and this will not compile
  if debugnew is in effect. You may still have problems
  if any of your own code refers to ::new, or if any
  of your own files #include system files that use ::new
  and which have not already been #included before
  debugnew.h.
 - Add debugnew.cpp to the CodeWarrior project or compile
  it into your Linux executable. If debugnew.cpp is in the
  project, then debugnew.h must be #included in at least
  one source file
*/

#ifndef __DEBUGNEW_H__
#define __DEBUGNEW_H__

#include <map>

#define LOG_FILE

#if defined(LOG_FILE)
#define LOG_FILE_NAME "./debugnew.log"
#endif

void* operator new (std::size_t size, const char* file, int line);
void operator delete (void* p, const char* name, int line);
void* operator new [] (std::size_t size, const char* file, int line);
void operator delete [] (void* p, const char* name, int line);

class DebugNewTracer  {
private:
 
 class Entry  {
 public:
  Entry (char const* file, int line) : _file (file), _line (line) {}
  Entry (char const* file, int line, int size) : _file (file), _line (line), _size (size) {}
  Entry () : _file (0), _line (0), _size (0) {}
  const char* File () const { return _file; }
  int Line () const { return _line; }
  size_t Size () const { return _size; }
 private:
  char const* _file;
  int _line;
  size_t _size;
 };

 class Lock {
 public:
  Lock (DebugNewTracer & DebugNewTracer) : _DebugNewTracer (DebugNewTracer) {
   _DebugNewTracer.lock ();
  }
  ~Lock () {
   _DebugNewTracer.unlock ();
  }
 private:
  DebugNewTracer & _DebugNewTracer;
 };
 typedef std::map<void*, Entry>::iterator iterator;
 friend class Lock;
 public:
 DebugNewTracer ();
 ~DebugNewTracer ();
 void Add (void* p, const char* file, int line);
 void Add (void* p, const char* file, int line, size_t size);
 void Remove (void* p);
 void Dump ();

 static bool Ready;

 private:
 void lock () { _lockCount++; }
 void unlock () { _lockCount--; }

 private:

 std::map<void*, Entry> _map;
 int _lockCount;
 size_t _totalsize;
#if defined(LOG_FILE)
 FILE* _logfp;
#endif
 };

 // The file that implements class DebugNewTracer
 // does NOT want the word "new" expanded.
 // The object DebugNewTrace is defined in that
 // implementation file but only declared in any other file.
#ifdef DEBUGNEW_CPP
DebugNewTracer DebugNewTrace;
#else
#define new new(__FILE__, __LINE__)
extern DebugNewTracer DebugNewTrace;
#endif

#endif//#ifndef __DEBUGNEW_H__

********************************************************
debugnew.cpp:

/*
 filename: debugnew.cpp

 This is used to substitute a version of the new operator that
 can be used for debugging memory leaks. In any (all?) code
 files #include debugnew.h. Add debugnew.cpp to the project.
*/

#include <iostream>
#include <map>

using namespace std;

 // This disables macro expansion of "new".
 // This statement should only appear in this file.
#define DEBUGNEW_CPP

#include "debugnew.h"

DebugNewTracer::DebugNewTracer () : _lockCount (0)
{
  // Once this object is constructed all calls to
  // new should be traced.

 Ready = true;
 _totalsize = 0;
#if defined(LOG_FILE)
 if( (_logfp=fopen(LOG_FILE_NAME,"wt")) == NULL )
 {
  printf(" Error! file: debugnew.log can not open@!\n");
  return;
 } 
 fprintf(_logfp,"new, delete list:\n");
 fflush(_logfp);
#endif
 
}
        
void DebugNewTracer::Add (void* p, const char* file, int line)
{
  // Tracing must not be done a second time
  // while it is already
  // in the middle of executing
 if (_lockCount > 0)
  return;

   // Tracing must be disabled while the map
   // is in use in case it calls new.
 DebugNewTracer::Lock lock (*this);
 _map [p] = Entry (file, line);
}

void DebugNewTracer::Add (void* p, const char* file, int line, size_t size)
{
 // Tracing must not be done a second time
 // while it is already
 // in the middle of executing
 if (_lockCount > 0)
  return;

  // Tracing must be disabled while the map
  // is in use in case it calls new.
 DebugNewTracer::Lock lock (*this);
#if 1
 //´Óȫ·¾¶ÖÐÌáÈ¡ÎļþÃû
 //linuxϵÄgcc,__FILE__½ö½ö°üÀ¨ÎļþÃû£¬windowsϵÄvc,__FILE__°üÀ¨È«Â·¾¶,ËùÒÔÓÐÕâÑùµÄ´¦Àí
 file = strrchr(file,'\\')== NULL?file:strrchr(file,'\\')+1;
#endif
 _map [p] = Entry (file, line, size);
 _totalsize += size;
#if defined(LOG_FILE)
 fprintf(_logfp,"*N p = 0x%08x, size = %6d,  %-22s, Line: %4d.  totalsize =%8d\n", p, size, file, line, _totalsize);
 fflush(_logfp);
#endif
}

void DebugNewTracer::Remove (void* p)
{
 // Tracing must not be done a second time
 // while it is already
 // in the middle of executing
 if (_lockCount > 0)
  return;

  // Tracing must be disabled while the map
  // is in use in case it calls new.
 DebugNewTracer::Lock lock (*this);

 iterator it = _map.find (p);

 if (it != _map.end ())
 {
  size_t size = (*it).second.Size();
  _totalsize -= size;
#if defined(LOG_FILE)
  fprintf(_logfp,"#D p = 0x%08x, size = %6u.%39stotalsize =%8d\n", p, size, "-----------------------------------  ", _totalsize );
  fflush(_logfp);
#endif
  _map.erase (it);
 }
 else
 {
#if defined(LOG_FILE)
  fprintf(_logfp,"#D p = 0x%08x. error point!!!\n", p );
  fflush(_logfp);
#endif
 }
}

DebugNewTracer::~DebugNewTracer ()
{
 // Trace must not be called if Dump indirectly
 // invokes new, so it must be disabled before
 // Dump is called. After this destructor executes
 // any other global objects that get destructed
 // should not do any tracing.
 Ready = false;
 Dump ();
#if defined(LOG_FILE)
 fclose(_logfp);
#endif
}

// If some global object is destructed after DebugNewTracer
// and if that object calls new, it should not trace that
// call to new.
void DebugNewTracer::Dump ()
{
 if (_map.size () != 0)
 {
  std::cout << _map.size () << " memory leaks detected\n";
#if defined(LOG_FILE)
  fprintf(_logfp, "\n\n***%d memory leaks detected\n", _map.size ());
  fflush(_logfp);
#endif
  for (iterator it = _map.begin (); it != _map.end (); ++it)
  {
   char const * file = it->second.File ();
   int line = it->second.Line ();
   int size = it->second.Size ();
   std::cout << file << ", "  << line << std::endl;
#if defined(LOG_FILE)
   fprintf(_logfp,"%s, %d, size=%d\n", file, line, size);
   fflush(_logfp);
#endif
  }
 }
 else
 {
  std::cout << "no leaks detected\n";
#if defined(LOG_FILE)
  fprintf(_logfp,"no leaks detected\n");
  fflush(_logfp);
#endif
 }

}

// If some global object is constructed before DebugNewTracer
// and if that object calls new, it should not trace that
// call to new.
bool DebugNewTracer::Ready = false;

void* operator new (size_t size, const char* file, int line)
{
 void * p = malloc (size);
 if (DebugNewTracer::Ready)
  DebugNewTrace.Add (p, file, line, size);
 return p;
}

void operator delete (void* p, const char* file, int line)
{
 file = 0; // avoid a warning about argument not used in function
 line = 0; // avoid a warning about argument not used in function
 
 if (DebugNewTracer::Ready)
  DebugNewTrace.Remove (p);
 free (p);
}
        
void* operator new [] (size_t size, const char*  file, int line)
{
 void * p = malloc (size);
 if (DebugNewTracer::Ready)
  DebugNewTrace.Add (p, file, line, size);
 return p;
}

void operator delete [] (void* p, const char* file, int line)
{
 file = 0; // avoid a warning about argument not used in function
 line = 0; // avoid a warning about argument not used in function
 
 if (DebugNewTracer::Ready)
   DebugNewTrace.Remove (p);
 free (p);
}
        
void* operator new (size_t size)
{
 void * p = malloc (size);
 // When uncommented these lines cause entries in the map for calls to new
 // that were not altered to the debugnew version. These are likely calls
 // in library functions and the presence in the dump of these entries
 // is usually misleading.
 // if (DebugNewTracer::Ready)
 //   DebugNewTrace.Add (p, "?", 0);
 return p;
}
 
void operator delete (void* p)
{
 if (DebugNewTracer::Ready)
  DebugNewTrace.Remove (p);
 free (p);
}

//add by yugang
void operator delete [] (void* p)
{
 if (DebugNewTracer::Ready)
  DebugNewTrace.Remove (p);
 free (p);
}

为什么要引入虚拟继承？

虚拟继承在一般的应用中很少用到，所以也往往被忽视，这也主要是因为在C++中，多重继承是不推荐的，也并不常用，而一旦离开了多重继承，虚拟继承就完全失去了存在的必要（因为这样只会降低效率和占用更多的空间，关于这一点，我自己还没有太多深刻的理解，有兴趣的可以看网络上白杨的作品《RTTI、虚函数和虚基类的开销分析及使用指导》，说实话我目前还没看得很明白，高人可以指点下我）。

以下面的一个例子为例：

#include <iostream.h>

#include <memory.h>

class CA

{

    int k; //如果基类没有数据成员，则在这里多重继承编译不会出现二义性

public:

    void f() {cout << "CA::f" << endl;}

};

class CB : public CA

{

};

class CC : public CA

{

};

class CD : public CB, public CC

{

};

void main()

{

    CD d;

    d.f();

}

当编译上述代码时，我们会收到如下的错误提示：

error C2385: 'CD::f' is ambiguous

即编译器无法确定你在d.f()中要调用的函数f到底是哪一个。这里可能会让人觉得有些奇怪，命名只定义了一个CA::f，既然大家都派生自CA，那自然就是调用的CA::f，为什么还无法确定呢？

这是因为编译器在进行编译的时候，需要确定子类的函数定义，如CA::f是确定的，那么在编译CB、CC时还需要在编译器的语法树中生成CB::f，CC::f等标识，那么，在编译CD的时候，由于CB、CC都有一个函数f，此时，编译器将试图生成这两个CD::f标识，显然这时就要报错了。（当我们不使用CD::f的时候，以上标识都不会生成，所以，如果去掉d.f()一句，程序将顺利通过编译）

要解决这个问题，有两个方法：

1、重载函数f()：此时由于我们明确定义了CD::f，编译器检查到CD::f()调用时就无需再像上面一样去逐级生成CD::f标识了；

|CB(CA)|

故此时的sizeof(CD) = 8;（CB、CC各有一个元素k）

2、使用虚拟继承：虚拟继承又称作共享继承，这种共享其实也是编译期间实现的，当使用虚拟继承时，上面的程序将变成下面的形式：

#include <iostream.h>

#include <memory.h>

class CA

{

    int k;

public:

    void f() {cout << "CA::f" << endl;}

};

class CB : virtual public CA //也有一种写法是class CB : public virtual CA

{                       //实际上这两种方法都可以

};

class CC : virtual public CA

{

};

class CD : public CB, public CC

{

};

void main()

{

    CD d;

    d.f();

}

|CB|

|CC|

同时，在CB、CC中都分别包含了一个指向CA的虚基类指针列表vbptr（virtual base table pointer），其中记录的是从CB、CC的元素到CA的元素之间的偏移量。此时，不会生成各子类的函数f标识，除非子类重载了该函数，从而达到“共享”的目的（这里的具体内存布局，可以参看钻石型继承内存布局，在白杨的那篇文章中也有）。

也正因此，此时的sizeof(CD) = 12（两个vbptr + sizoef(int)）;

另注：

如果CB，CC中各定义一个int型变量，则sizeof(CD)就变成20(两个vbptr + 3个sizoef(int)

如果CA中添加一个virtual void f1(){}，sizeof(CD) = 16（两个vbptr + sizoef(int)+vptr）;

再添加virtual void f2(){}，sizeof(CD) = 16不变。原因如下所示：带有虚函数的类，其内存布局上包含一个指向虚函数列表的指针（vptr），这跟有几个虚函数无关。

以上内容涉及到类对象内存布局问题，本人还难以做过多展开，先贴这么多，本篇文章只是考虑对于虚拟继承进行入门，至于效率、应用等未作展开。本文在网上文章基础上修改了下而得此篇，原文载于http://blog.csdn.net/billdavid/archive/2004/06/23/24317.aspx

另外关于虚继承和虚基类的讨论，博客园有篇文章《虚继承与虚基类的本质》，总结得更为详细一点。