delete运算符与虚拟和非虚析构函数的不同行为

Question

当我使用struct M的虚析构函数时，operator new后删除操作符返回指向其他地址。

struct M {
    virtual ~M() = default;
};

struct D : public M {
    int* b = nullptr;
};

struct C : public M {
    int* c = nullptr, *b = nullptr;  
    long d = 10;
};

int main() {

    M* f;
    M* d;

    f = new D;
    static_cast<D*>(f)->b = new int(10);
    std::cout << f << ":" << sizeof(*f) << std::endl; // 0x23c1c20 : 8
    delete f;

    d = new C;
    std::cout << d << ":" << sizeof(*d) << std::endl; // 0x23c2c70 : 8
    delete d;

    return 0;
}

但是如果struct M的析构函数是非虚拟运算符，则返回相同的地址。

struct M {
    ~M() = default;
};

...

int main() {

    M* f;
    M* d;

    f = new D;
    static_cast<D*>(f)->b = new int(10);
    std::cout << f << ":" << sizeof(*f) << std::endl; // 0x23c1c20 : 1
    delete f;

    d = new C;
    std::cout << d << ":" << sizeof(*d) << std::endl; // 0x23c1c20 : 1
    delete d;

    return 0;
}

并且对象的大小不同。

为什么会这样？

Answer 1

我将从第二个问题开始。

“为什么物体的大小不同？” - virtual是这里的关键。

每个具有虚函数的class / struct都包含指向虚拟表的指针。在这种情况下，M的大小将与机器上的指针大小相等。我猜你有64位机器，指针大小等于8个字节。在删除'virtual'关键字的示例中，空类的大小为1个字节。

有关虚拟功能和表格的更多信息，请参阅此处：https://pabloariasal.github.io/2017/06/10/understanding-virtual-tables/

关于你在堆上重用地址内存的第一个问题我强烈建议你阅读https://azeria-labs.com/heap-exploitation-part-1-understanding-the-glibc-heap-implementation/的第一部分

简而言之，内存的分配是由块完成的。在第一个示例中（使用虚拟析构函数），两个类都通过指向虚拟表的指针进行扩展。新分配的内存不适合已分配的内存块，因此找到新地址。在第二个中，新分配的内存适合释放的空间并被重用。

你可以尝试用虚函数重新编译你的例子，但是从long d中删除了struct C。可能会发现地址现在是相同的。