我们知道,用 C++ 开发的时候,用来做基类的类的析构函数一般都是虚函数。可是,为什么要这样做呢?下面用一个小例子来说明:
有下面的两个类:
class ClxBase
{
public:
ClxBase() {};
virtual ~ClxBase() {};
virtual void DoSomething() { cout << "Do something in class ClxBase!" << endl; };
};
class ClxDerived : public ClxBase
{
public:
ClxDerived() {};
~ClxDerived() { cout << "Output from the destructor of class ClxDerived!" << endl; };
void DoSomething() { cout << "Do something in class ClxDerived!" << endl; };
};
对于如下代码:
ClxBase *pTest = new ClxDerived;
pTest->DoSomething();
delete pTest;
代码的输出结果是:
Do something in class ClxDerived!
Output from the destructor of class ClxDerived!
这个很简单,非常好理解。
但是,如果把类 ClxBase 析构函数前的 virtual 去掉,那输出结果就是下面的样子了:
Do something in class ClxDerived!
也就是说,类 ClxDerived 的析构函数根本没有被调用!一般情况下类的析构函数里面都是释放内存资源,而析构函数不被调用的话就会造成内存泄漏。我想所有的 C++ 程序员都知道这样的危险性。当然,如果在析构函数中做了其他工作的话,那你的所有努力也都是白费力气。
所以,文章开头的那个问题的答案就是--这样做是为了当用一个基类的指针删除一个派生类的对象时,派生类的析构函数会被调用。
当然,并不是要把所有类的析构函数都写成虚函数。因为当类里面有虚函数的时候,编译器会给类添加一个虚函数表,里面来存放虚函数指针,这样就会增加类的存储空间。所以,只有当一个类被用来作为基类的时候,才把析构函数写成虚函数。
Effective C++条款 14: 确定基类有虚析构函数
有时,一个类想跟踪它有多少个对象存在。一个简单的方法是创建一个静态类成员来统计对象的个数。这个成员被初始化为 0 ,在构造函数里加 1 ,析构函数里减 1 。(条款 m26 里说明了如何把这种方法封装起来以便很容易地添加到任何类中,“ my article on counting objects ”提供了对这个技术的另外一些改进)
设想在一个军事应用程序里,有一个表示敌人目标的类:
class enemytarget {
public:
enemytarget() { ++numtargets; }
enemytarget(const enemytarget&) { ++numtargets; }
~enemytarget() { --numtargets; }
static size_t numberoftargets()
{ return numtargets; }
virtual bool destroy(); // 摧毁 enemytarget 对象后
// 返回成功
private:
static size_t numtargets; // 对象计数器
};
// 类的静态成员要在类外定义 ;
// 缺省初始化为 0
size_t enemytarget::numtargets;
这个类不会为你赢得一份政府防御合同,它离国防部的要求相差太远了,但它足以满足我们这儿说明问题的需要。
敌人的坦克是一种特殊的敌人目标,所以会很自然地想到将它抽象为一个以公有继承方式从 enemytarget 派生出来的类(参见条款 35 及 m33 )。因为不但要关心敌人目标的总数,也要关心敌人坦克的总数,所以和基类一样,在派生类里也采用了上面提到的同样的技巧:
class enemytank: public enemytarget {
public:
enemytank() { ++numtanks; }
enemytank(const enemytank& rhs)
: enemytarget(rhs)
{ ++numtanks; }
~enemytank() { --numtanks; }
static size_t numberoftanks()
{ return numtanks; }
virtual bool destroy();
private:
static size_t numtanks; // 坦克对象计数器
};
(写完以上两个类的代码后,你就更能够理解条款 m26 对这个问题的通用解决方案了。)
最后,假设程序的其他某处用 new 动态创建了一个 enemytank 对象,然后用 delete 删除掉:
enemytarget *targetptr = new enemytank;
...
delete targetptr;
到此为止所做的一切好象都很正常:两个类在析构函数里都对构造函数所做的操作进行了清除;应用程序也显然没有错误,用 new 生成的对象在最后也用 delete 删除了。然而这里却有很大的问题。程序的行为是不可预测的——无法知道将会发生什么。
c++ 语言标准关于这个问题的阐述非常清楚:当通过基类的指针去删除派生类的对 象,而基类又没有虚析构函数时,结果将是不可确定的。这意味着编译器生成的代码将会做任何它喜欢的事:重新格式化你的硬盘,给你的老板发电子邮件,把你的 程序源代码传真给你的对手,无论什么事都可能发生。(实际运行时经常发生的是,派生类的析构函数永远不会被调用。在本例中,这意味着当 targetptr 删除时, enemytank 的数量值不会改变,那么,敌人坦克的数量就是错的,这对需要高度依赖精确信息的部队来说,会造成什么后果?)
为了避免这个问题,只需要使 enemytarget 的析构函数为 virtual 。声明析构函数为虚就会带来你所希望的运行良好的行为:对象内存释放时, enemytank 和 enemytarget 的析构函数都会被调用。
和绝大部分基类一样,现在 enemytarget 类包含一个虚函数。虚函数的目的是让派生类去定制自己的行为(见条款 36 ),所以几乎所有的基类都包含虚函数。
如果某个类不包含虚函数,那一般是表示它将不作为一个基类来使用。当一个类不准备作为基类使用时,使析构函数为虚一般是个坏主意。请看下面的例子,这个例子基于 arm( “ the annotated c++ reference manual ” ) 一书的一个专题讨论。
// 一个表示 2d 点的类
class point {
public:
point(short int xcoord, short int ycoord);
~point();
private:
short int x, y;
};
如果一个 short int 占 16 位,一个 point 对象将刚好适合放进一个 32 位的寄存器中。另外,一个 point 对象可以作为一个 32 位的数据传给用 c 或 fortran 等其他语言写的函数中。但如果 point 的析构函数为虚,情况就会改变。
实现虚函数需要对象附带一些额外信息,以使对象在运行时可以确定该调用哪个虚函数。对大多数编译器来说,这个额外信息的具体形式是一个称为 vptr (虚函数表指针)的指针。 vptr 指向的是一个称为 vtbl (虚函数表)的函数指针数组。每个有虚函数的类都附带有一个 vtbl 。当对一个对象的某个虚函数进行请求调用时,实际被调用的函数是根据指向 vtbl 的 vptr 在 vtbl 里找到相应的函数指针来确定的。
虚函数实现的细节不重要(当然,如果你感兴趣,可以阅读条款 m24 ),重要的是,如果 point 类包含一个虚函数,它的对象的体积将不知不觉地翻番,从 2 个 16 位的 short 变成了 2 个 16 位的 short 加上一个 32 位的 vptr ! point 对象再也不能放到一个 32 位寄存器中去了。而且, c++ 中的 point 对象看起来再也不具有和其他语言如 c 中声明的那样相同的结构了,因为这些语言里没有 vptr 。所以,用其他语言写的函数来传递 point 也不再可能了,除非专门去为它们设计 vptr ,而这本身是实现的细节,会导致代码无法移植。
所以基本的一条是,无故的声明虚析构函数和永远不去声明一样是错误的。实际上,很多人这样总结:当且仅当类里包含至少一个虚函数的时候才去声明虚析构函数。
这是一个很好的准则,大多数情况都适用。但不幸的是,当类里没有虚函数的时候,也会带来非虚析构函数问题。 例如,条款 13 里有个实现用户自定义数组下标上下限的类模板。假设你(不顾条款 m33 的建议)决定写一个派生类模板来表示某种可以命名的数组 ( 即每个数组有一个名字 ) 。
template
class array { // ( 来自条款 13)
public:
array(int lowbound, int highbound);
~array();
private:
vector
size_t size;
int lbound, hbound;
};
template
class namedarray: public array
public:
namedarray(int lowbound, int highbound, const string& name);
...
private:
string arrayname;
};
如果在应用程序的某个地方你将指向 namedarray 类型的指针转换成了 array 类型的指针,然后用 delete 来删除 array 指针,那你就会立即掉进“不确定行为”的陷阱中。
namedarray
new namedarray
array
...
pa = pna; // namedarray
...
delete pa; // 不确定 ! 实际中, pa->arrayname
// 会造成泄漏,因为 *pa 的 namedarray
// 永远不会被删除
现实中,这种情形出现得比你想象的要频繁。让一个现有的类做些什么事,然后从它派生一个类做和它相同的事,再加上一些特殊的功能,这在现实中不是不常见。 namedarray 没有重定义 array 的任何行为——它继承了 array 的所有功能而没有进行任何修改——它只是增加了一些额外的功能。但非虚析构函数的问题依然存在(还有其他问题,参见 m33 )
最后,值得指出的是,在某些类里声明纯虚析构函数很方便。纯虚函数将产生抽象类——不能实例化的类(即不能 创建此类型的对象)。有些时候,你想使一个类成为抽象类,但刚好又没有任何纯虚函数。怎么办?因为抽象类是准备被用做基类的,基类必须要有一个虚析构函 数,纯虚函数会产生抽象类,所以方法很简单:在想要成为抽象类的类里声明一个纯虚析构函数。
这里是一个例子:
class awov { // awov = "abstract w/o
// virtuals"
public:
virtual ~awov() = 0; // 声明一个纯虚析构函数
};
这个类有一个纯虚函数,所以它是抽象的,而且它有一个虚析构函数,所以不会产生析构函数问题。但这里还有一件事:必须提供纯虚析构函数的定义:
awov::~awov() {} // 纯虚析构函数的定义
这个定义是必需的,因为虚析构函数工作的方式是:最底层的派生类的析构函数最先被调用,然后各个基类的析构函数被调用。这就是说,即使是抽象类,编译器也要产生对 ~awov 的调用,所以要保证为它提供函数体。如果不这么做,链接器就会检测出来,最后还是得回去把它添上。
可以在函数里做任何事,但正如上面的例子一样,什么事都不做也不是不常见。如果是这种情况,那很自然地会想到将析构函数声明为内联函数,从而避免对一个空函数的调用所产生的开销。这是一个很好的方法,但有一件事要清楚。
因为析构函数为虚,它的地址必须进入到类的 vtbl (见条款 m24 )。但内联函数不是作为独立的函数存在的(这就是“内联”的意思),所以必须用特殊的方法得到它们的地址。条款 33 对此做了全面的介绍,其基本点是:如果声明虚析构函数为 inline ,将会避免调用它们时产生的开销,但编译器还是必然会在什么地方产生一个此函数的拷贝。
摘自:http://www.cppblog.com/zmllegtui/archive/2008/10/28/65328.html