C/C++编程：为多态基类声明virtual析构函数

古城微笑少年丶 2023-01-19 09:51 182阅读 0赞

由很多做法可以记录时间，因此，设计一个TimeKeeper基类和一个派生类作为不同的计时方法，相当合情合理：

class TimeKeeper{
        
    public:
    	TimeKeeper();
    	~TimeKeeper();
    };
    
    class AtomicClock : public TimeKeeper{
        }; // 原子钟
    class WaterClock : public TimeKeeper{
        }; //水表
    class WristWatch : public TimeKeeper{
        }; // 腕表

很多客户只想在程序中使用时间，不想操心时间怎么计算，这时候我们可以设计factory(工厂)函数，返回指针指向一个计时对象。Factory函数会"返回一个基类指针，指向新生成的派生类对象"：

TimeKeeper* getTimeKeeper(); // 返回一个指针，指向一个TimeKeeper派生类的动态分配对象

为遵守factory函数的规则，被getTimeKeeper()返回的对象必须位于heap。因此为了避免泄漏内存和其他资源，将factory返回1的每一个对象适当的delete掉很重要。

TimeKeeper* ptk = getTimerKeeper(); 
    
    delete ptk;

问题是getTimerKeeper返回的指针指向一个派生类对象，而那个对象是有一个基类指针被删除。而模板的基类有关non-virtual析构函数。

这会导致重大错误，因为C++明白指出，当派生类对象经由一个基类指针被删除，而该基类带着一个non-virtual析构函数，其结果未定义----实际执行时通常发生的是对象的派生成分没有被销毁。如果getTimerKeeper返回的指针指向一个AtomicClock对象，AtomicClock成分(声明与AtomicClock类内的成员变量)不会被销毁，而AtomicClock 的析构函数也没有被调用。但是其基类成分通常会被销毁。这会导致资源泄漏】数据结构破坏等后果。

解决这个问题的方法很简单：给基类一个virtual析构函数。此后删除派生类对象就会如你想要的那样。是的，它会销毁所有的对象，包括所有的派生类成分。

class TimeKeeper{
        
    public:
    	TimeKeeper();
    	virtual ~TimeKeeper();
    };

像TimeKeeper这样的基类除了析构函数可能还会有其他虚函数，因为虚函数的模板就是允许派生类的实现得以定制化。比如TimeKeeper就可能由一个virtual getCurrentTime，它在不同的派生类对象中有不同的实现码。任何类只要带有虚函数都几乎确定应该也有一个虚析构函数。

如果类不含有虚函数，通常表示它并不意图被用作一个基类。当类不意图做基类而令其析构函数为virtual往往是个馊主意。比如：

class Point{
        
    public:
    	Point(int xCoord, int yCoord);
    	~Point();
    private:
    	int x, y;
    };

如果int占用32bits，那么Point对象可塞入一个64bit缓存区中。甚至，这样一个Point对象可以被当作一个"64bit"量传给其他语言比如C写的函数。然后当Point的析构函数是vritual，形势起了变化。

欲实现出virtual函数，对象必须携带某些信息，主要用来在运行期决定哪一个虚函数该被调用。这份信息通常是由一个vptr(virtual table pointer)指针指出。vprt指向一个由函数指针构成的数组，称为虚函数表(virtual table、vtbl)；每一个带有虚函数的类都有一个相应的虚函数表。当对象调用某一虚函数，实际被调用的函数取决于该对象的vptr所指的那个虚函数表—编译器在其中找适当的函数指针

当Point类内含虚函数，其对象的体积会增加：在32bit计算机系统中将占用64bits(为了存放两个ints)~96bits(两个ints+vptr)；在64bit计算机中可能占用64-128bits。因此，为Point添加一个vptr会增加其对象大小的50%`~`100%。Point对象不再能塞入一个64bit缓存区，而C++的Point对象也不再和其他语言(比如C)内的相同声明有一样的结果，因此也就不再能把它传递到其他语言所写的函数，除非你明确补偿vptr。

**只有当类内含有至少一个虚函数，才为它声明virtual析构函数**

即使类完全不带vritual，被"non-virtual析构函数问题"误伤也是可能的。举个例子，标准string不带任何虚函数，但是有时程序员会把它错误的当作基类：

class SpecialString : public std::string {
          //不应该！std::string有个non-virtual析构函数
    
    }

如果你将一个pointer-to-SpecialString 转换为一个pointer-to-string，然后将转换得到的string指针delete掉，行为不明确错误：

SpecialString *pss = new SpecialString ("SpecialString ");
    std::string *ps;
    
    pss = pss; // SpecialString * --> string*
    
    delete ps; // 未定义！*ps的SpecialString 析构函数没有被调用，资源泄漏

有时候令一个类带有一个**纯虚**析构函数，可能会更好。**纯虚函数将导致abstract(抽象)类----就是不能被实例化的类**。也就是说，你不能为那种类型创建对象。然而有时候你希望有抽象类，但是手上没有任何虚函数，怎么办？由于抽象类总是企图被当作一个基类来用，而又由于基类应该有关virttual析构函数，并且由于纯虚函数会导致抽象类。因此解决方法：为你希望它成为抽象类的类声明一个**纯虚析构函数**

class AWOV{
        
    public:
    	virtual ~AWOV() = 0; // 声明纯虚析构函数
    }

这个类有一个纯虚函数，所以是个抽象类，又由于它有个虚析构函数，所以不需要当心析构函数的问题。然而这里有关窍门：你必须为这个纯虚析构函数提供一个定义：

AWOV::~AWOV(){
        }; // 定义纯虚析构函数

析构函数的运作方式是：最深层派生(most-derived)的那个类其析构函数最先被调用，然后是其每一个基类的析构函数被调用。编译期会在AWOV的派生类的析构函数创建一个对~AWOV的调用动作，所以你必须为这个函数提供一个定义。否则链接错误。

“给基类一个virttual析构函数"这个规则只适用于带多态性质的基类上。这种基类的设计目的是为了用来"通过基类接口处理派生类对象”。 TimeKeeper就是多态基类，因为我们希望通过这个类的接口处理AtomicClock 等对象

并非所有的基类的设计模板都是为了多态用途，比如标准string的strl等容器都不被设计作为基类使用，更不用说多态了。某些类的设计模板是作为基类使用，但不是为了多态用途，比如Uncopyable和标准库的input\_iterator\_tag，它们并非被设计用来处理"通过基类接口处理派生类对象"，因此它们不需要虚析构函数

> 总结

*  多态基类应该声明一个虚析构函数
 *  如果类带有任何虚函数，它就应该有一个虚析构函数
 *  类的设计模板如果不是为了作为基类使用，会在不是为了具备多态性，就不应该声明虚析构函数