C++中基类的析构函数为什么要用virtual虚析构函数

直接的讲,C++中基类采用virtual虚析构函数是为了防止内存泄漏。具体地说,如果派生类中申请了堆内存空间,并在其析构函数中对这些内存空间进行释放。假设基类中采用的是非虚析构函数,当删除基类指针指向的派生类对象时就不会触发动态绑定,因而只会调用基类的析构函数,而不会调用派生类的析构函数。那么在这种情况下,派生类中申请的空间就得不到释放从而产生内存泄漏。所以,为了防止这种情况的发生,C++中基类的析构函数应采用virtual虚析构函数。

代码演示

现有Base基类,其析构函数为非虚析构函数。Derived1和Derived2为Base的派生类,这两个派生类中均有以string* 指向存储其name的地址空间,name对象是通过new创建在堆上的对象,因此在析构时,需要显式调用delete删除指针归还内存,否则就会造成内存泄漏。
基类:

#include 
#include 
using namespace std;
class Base {
 public:
	Base():age_(new int(18)) {
	  cout << "Base()" << endl;
	}
	~Base(){
	  delete age_;
	  cout << "~Base()" << endl;
	}
	void showAge(){ cout <<"Base::age_==" << *age_ << endl;};
	virtual void showName()=0;
private:
	int age_;
};
//派生类Derived1 
class Derived1 : public Base {
 public:
	 Derived1():name_(new string("NULL")) {}
	 Derived1(const string& n):name_(new string(n)) {}

  ~Derived1() {
	  delete name_;
	  cout << "~Derived1(): name_ has been deleted." << endl;
  }
  void showName() {
	cout << "Derived1::name_==" << *name_ << endl;	
  }
 private:
 	string* name_;
};

//派生类Derived2 
class Derived2 : public Base {
 public:
	 Derived2():name_(new string("NULL")) {}
	 Derived2(const string& n):name_(new string(n)) {}

 ~Derived2() {
	 delete name_;
	 cout << "~Derived2(): name_ has been deleted." << endl;
 }
 void showName() {
	cout << "Derived2::name_==" << *name_ << endl;	
 }
 private:
 	 string* name_;
};

测试调用:

int main() {
	Derived1* d1 = new Derived1();
	Derived2 d2 = Derived2("Bob");
	delete d1;
	return 0;
}

d1为Derived1类的指针,它指向一个在堆上创建的Derived1的对象;
d2为一个在栈上创建的对象;
其中d1所指的对象需要我们显式的用delete 指针才会释放堆中Derived1对象,进而自动调用其析构函数;
如果不对d1进行delete,那么d1指针变量在其生命周期结束时,系统只会回收Derived1类指针d1(注意d1不是Derived1类对象,
真实的Derived1对象在堆内存中,而d1指针指向堆内存中的Derived1对象),而堆内存中的Derived1对象还在,故而不会触发Derived1对象的析构函数。
d2对象在其生命周期结束时,系统会自动调用其析构函数。看下其运行结果:
C++中基类的析构函数为什么要用virtual虚析构函数_第1张图片
可以这么说,只有真正的类的实例(对象)所占内存,被释放时,才有可能触发其对应的析构函数,在析构函数中,对其对象中申请的堆内存空间,进行进一步的释放(比如上方name_指针指向的堆内存)。

上方的示例中Base基类的析构函数并不是虚析构函数,上方的执行结果,派生类的析构函数被调用了,正常的释放了其申请的内存资源。这两者并不矛盾,因为无论是d1还是d2,两者都属于静态绑定,而且其静态类型恰好都是派生类,因此,在析构的时候,即使基类的析构函数为非虚析构函数,也会调用相应派生类的析构函数。

下面我们来看下,当发生动态绑定时,也就是当用基类指针指向派生类对象时,这时候采用delete显式删除指针所指对象时,如果Base基类的析构函数没有加virtual,会发生什么情况?

int main() {
  Base* base[2] = {//base是一个指针数组,数组中的指针变量类型为Base*
    new Derived1(),//堆中生成Derived1对象,返回的对象地址用Base*指针来接收
    new Derived2("Bob")//同上      
  };
  for (int i = 0; i != 2; ++i) {
    delete base[i];//这里是delete 基类类型的指针
  }
  //测试当 delete base[i];时是否
  for (int i = 0; i != 2; ++i) {
    base[i]->show();    
  }
  return 0;
}

执行结果如下:
C++中基类的析构函数为什么要用virtual虚析构函数_第2张图片
注意:delete base[i];//这里是delete 基类类型的指针,首先判断指针的静态类型即基类的析构函数是否为虚析构函数,如果不是虚析构函数,就是静态绑定,不会调派生类的析构函数,直接调指针的静态类型(基类类型)的析构函数,因为指针的静态类型为基类类型。如果是虚析构函数,就是动态绑定,会先调派生类的析构函数,然后再调基类的析构函数。虚函数是实现多态(动态绑定)的基础

从上面结果我们看到,尽管派生类中定义了析构函数来释放其申请的资源,但是并没有得到调用。原因是基类指针指向了派生类对象,而基类中的析构函数却是非virtual的,之前讲过,虚函数是动态绑定的基础。现在析构函数不是virtual的,因此不会发生动态绑定,而是静态绑定,指针的静态类型为基类指针,因此在delete时候只会调用基类的析构函数,而不会调用派生类的析构函数。这样,在派生类中申请的资源就不会得到释放,就会造成内存泄漏,这是相当危险的:如果系统中有大量的派生类对象被这样创建和销毁,就会有内存不断的泄漏,久而久之,系统就会因为缺少内存而崩溃。

C++中基类的析构函数为什么要用virtual虚析构函数_第3张图片
从上图中也可以看到,虽然派生类的析构函数没有得到执行,但是派生类对象在堆内存是被释放了,在基类的析构函数中需要释放的内存被释放了,而只是在派生类对象的析构函数中,需要回收那部分内存没有得到释放。对象的释放,会触发析构函数的执行,但是析构函数没有被执行(执行的是基类的析构函数),并不代表对象没有被释放。

也就是说,在基类的析构函数为非虚析构函数的时候,并不一定会造成内存泄漏;当派生类对象的析构函数中有内存需要收回,并且在编程过程中采用了基类指针指向派生类对象,如为了实现多态,并且通过基类指针将该对象销毁,这时,就会因为基类的析构函数为非虚析构函数而不触发动态绑定,从而没有调用派生类的析构函数而导致内存泄漏。
因此,为了防止这种情况下内存泄漏的发生,最好将基类的析构函数写成virtual虚析构函数。

下面把Base基类的析构函数改为虚析构函数:

virtual ~Base(){
	  delete age_;
	  cout << "~Base()" << endl;
	}

这样就会实现动态绑定,派生类的析构函数就会得到调用,然后再调用基类的析构函数,从而避免了内存泄漏。

创建子类对象时:
构造函数的执行顺序: 先执行基类的构造函数(如果基类还有自己的父类,那就先执行它父类的构造,一层一层的执行),再执行子类
的构造函数。
默认都是调用基类的无参构造,想要调用基类的有参构造,需要子类在构造函数,参数列表里显示调用基类有参
构造。
注意:不管基类是抽象类都会调其构造函数,因为创建子类对象时,调用基类的构造函数,并不会产生基类对象。只是借助基类的构造函
数,来初始化,那些子类从基类继承而来的那些成员属性,这点可以根据隐式的this来判断。

析构函数的执行顺序: 先执行子类的析构函数,再执行基类的析构函数,如果基类还有自己的父类,那就再执行它父类的析构,一层一层
的执行。
注意:子类对象在销毁时,调用基类的析构函数,基类析构函数里面,需要处理的数据也是子类对象下的数据。这点可以根据隐式的this
来判断。
C++中基类的析构函数为什么要用virtual虚析构函数_第4张图片
注意:上图中继承基类时应该去掉:public后的class关键字,这里就不在修改图了。

析构函数和虚析构函数特点:
当基类的析构函数是虚函数时,那么它的派生类的析构函数也默认是虚函数,隐式的和显示的都是虚函数。
如果基类的析构函数不是虚函数,而此时它的派生类的析构函数手动加上virtual变为虚函数,那么当delete 基类指针时,判断基类的析构
函数不是虚函数,那么也是静态绑定。不可能会触发派生类的析构函数。

记住一句话:虚函数是实现类多态的基础,关于虚函数的动态绑定原理,可以看这篇文章:虚函数讲解。
另外需要注意的是:构造函数及析构函数都不能被继承。而且构造函数不能为虚函数,析构函数可以为虚函数。

故: 继承时,要养成的一个好习惯就是,基类析构函数中,加上virtual。

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