Question

假设我有一个简单的类层次结构，并带有一个通用的api：

#include <memory>

class Base {
    public:
        void api() {
            foo();
        }

    protected:
        virtual void foo() {
            std::cout << "Base" << std::endl;

        }
    };

    class FirstLevel : public Base {
    protected:
        virtual void foo() {
            std::cout << "FirstLevel" << std::endl;
        }
    };

当我使用基类指针时，我得到如下正确的分派：

std::shared_ptr<Base> b = std::make_shared<Base>();
std::shared_ptr<Base> fl = std::make_shared<FirstLevel>();

b->api();
fl->api();

可以正确打印：

Base
FirstLevel

但是，当我使用基类引用时，该行为是意外的：

Base &b_ref = *std::make_shared<Base>();
Base &fl_ref = *std::make_shared<FirstLevel>();

b_ref.api();
fl_ref.api();

打印：

FirstLevel
FirstLevel

为什么使用引用而不是指针时分派有所不同？

Answer 1

您有未定义的行为，因为引用在您使用它们调用api()时悬而未决。由共享指针管理的对象在用于初始化b_ref和fl_ref的行之后不再存在。

您可以通过引用仍然存在的对象来解决此问题：

auto b = std::make_shared<Base>();
auto fl = std::make_shared<FirstLevel>();

Base &b_ref = *b;
Base &fl_ref = *fl;

Answer 2

在上一个示例中，std::make_shared的返回值未绑定到右值（std::shared_ptr<...>&&）或经const限定的左值引用（const std::shared_ptr<...>&），其生存期为因此不扩展。而是将 temporary 实例的std::shared_ptr::operator*的返回值绑定到表达式（b_ref，l_ref）的左侧，这导致未定义行为。

如果您要通过对api()和const的非Base左值引用访问虚拟FirstLevel方法，则可以通过以下方式解决此问题：

auto b = std::make_shared<Base>();
Base& b_ref = *b;

b_ref.api();

，与FirstLevel类似。不过，b_ref超出范围后请不要使用b。您可以通过

来延长生命周期

auto&& b = std::make_shared<Base>();
Base& b_ref = *b;

b_ref.api();

尽管与上面几乎相同。

Answer 3

使智能指针（或任何欠下的对象）成为临时对象是错误的设计。

该设计问题导致不良的寿命管理，尤其是破坏了仍在使用的对象。导致不确定的行为；根据定义，未定义的行为不受标准定义，甚至不受标准限制（可以受其他原理，工具，设备约束）。

在许多情况下，我们仍然可以尝试了解UB的代码在实践中是如何翻译的。您观察到的特定行为：

打印：

FirstLevel
FirstLevel

肯定是由于将被破坏对象留下的内存解释为活动对象而导致的；由于该内存当时没有被重用（由于偶然性，并且对程序或实现的任何更改都可能破坏该属性），因此您会看到一个对象处于销毁期间的状态。

在析构函数中，被破坏对象的虚函数调用始终解析为析构函数类中函数的重写器：在Base::~Base内部，对foo()的调用解析为{ {1}}；使用vptrs和vtables的编译器（实际上，所有编译器）都可以通过在基类析构函数执行开始时将vptr重置为Base::foo()的vtable来确保虚拟调用得以解决。

所以您看到的是vptr仍指向基类vtable。

当然，调试实现有权在基类的析构函数的末尾将vptr设置为其他某个值，以确保尝试对销毁的对象调用虚函数以明确且明确的方式失败。

使用基类引用而不是指针时发生意外的虚函数调度

3 个答案: