條款14: 確定基類有虛析構(gòu)函數(shù)

有時，一個類想跟蹤它有多少個對象存在。一個簡單的方法是創(chuàng)建一個靜態(tài)類成員來統(tǒng)計對象的個數(shù)。這個成員被初始化為0，在構(gòu)造函數(shù)里加1，析構(gòu)函數(shù)里減1。（條款m26里說明了如何把這種方法封裝起來以便很容易地添加到任何類中，“my article on counting objects”提供了對這個技術(shù)的另外一些改進(jìn)）

設(shè)想在一個軍事應(yīng)用程序里，有一個表示敵人目標(biāo)的類：

class enemytarget {
public:
? enemytarget() { ++numtargets; }
? enemytarget(const enemytarget&) { ++numtargets; }
? ~enemytarget() { --numtargets; }

? static size_t numberoftargets()
? { return numtargets; }

? virtual bool destroy();?????? // 摧毀enemytarget對象后
??????????????????????????????? // 返回成功

private:
? static size_t numtargets;???? // 對象計數(shù)器
};

// 類的靜態(tài)成員要在類外定義;
// 缺省初始化為0
size_t enemytarget::numtargets;

這個類不會為你贏得一份政府防御合同，它離國防部的要求相差太遠(yuǎn)了，但它足以滿足我們這兒說明問題的需要。

敵人的坦克是一種特殊的敵人目標(biāo)，所以會很自然地想到將它抽象為一個以公有繼承方式從enemytarget派生出來的類（參見條款35及m33）。因為不但要關(guān)心敵人目標(biāo)的總數(shù)，也要關(guān)心敵人坦克的總數(shù)，所以和基類一樣，在派生類里也采用了上面提到的同樣的技巧：

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;???????? // 坦克對象計數(shù)器
};

（寫完以上兩個類的代碼后，你就更能夠理解條款m26對這個問題的通用解決方案了。）

最后，假設(shè)程序的其他某處用new動態(tài)創(chuàng)建了一個enemytank對象，然后用delete刪除掉：

enemytarget *targetptr = new enemytank;

...

delete targetptr;

到此為止所做的一切好象都很正常：兩個類在析構(gòu)函數(shù)里都對構(gòu)造函數(shù)所做的操作進(jìn)行了清除；應(yīng)用程序也顯然沒有錯誤，用new生成的對象在最后也用delete刪除了。然而這里卻有很大的問題。程序的行為是不可預(yù)測的——無法知道將會發(fā)生什么。

c++語言標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于這個問題的闡述非常清楚：當(dāng)通過基類的指針去刪除派生類的對象，而基類又沒有虛析構(gòu)函數(shù)時，結(jié)果將是不可確定的。這意味著編譯器生成的代碼將會做任何它喜歡的事：重新格式化你的硬盤，給你的老板發(fā)電子郵件，把你的程序源代碼傳真給你的對手，無論什么事都可能發(fā)生。（實際運行時經(jīng)常發(fā)生的是，派生類的析構(gòu)函數(shù)永遠(yuǎn)不會被調(diào)用。在本例中，這意味著當(dāng)targetptr 刪除時，enemytank的數(shù)量值不會改變，那么，敵人坦克的數(shù)量就是錯的，這對需要高度依賴精確信息的部隊來說，會造成什么后果？）

為了避免這個問題，只需要使enemytarget的析構(gòu)函數(shù)為virtual。聲明析構(gòu)函數(shù)為虛就會帶來你所希望的運行良好的行為：對象內(nèi)存釋放時，enemytank和enemytarget的析構(gòu)函數(shù)都會被調(diào)用。

和絕大部分基類一樣，現(xiàn)在enemytarget類包含一個虛函數(shù)。虛函數(shù)的目的是讓派生類去定制自己的行為（見條款36），所以幾乎所有的基類都包含虛函數(shù)。

如果某個類不包含虛函數(shù)，那一般是表示它將不作為一個基類來使用。當(dāng)一個類不準(zhǔn)備作為基類使用時，使析構(gòu)函數(shù)為虛一般是個壞主意。請看下面的例子，這個例子基于arm(“the annotated c++ reference manual”)一書的一個專題討論。

// 一個表示2d點的類
class point {
public:
? point(short int xcoord, short int ycoord);
? ~point();

private:
? short int x, y;
};

如果一個short int占16位，一個point對象將剛好適合放進(jìn)一個32位的寄存器中。另外，一個point對象可以作為一個32位的數(shù)據(jù)傳給用c或fortran等其他語言寫的函數(shù)中。但如果point的析構(gòu)函數(shù)為虛，情況就會改變。

實現(xiàn)虛函數(shù)需要對象附帶一些額外信息，以使對象在運行時可以確定該調(diào)用哪個虛函數(shù)。對大多數(shù)編譯器來說，這個額外信息的具體形式是一個稱為vptr（虛函數(shù)表指針）的指針。vptr指向的是一個稱為vtbl（虛函數(shù)表）的函數(shù)指針數(shù)組。每個有虛函數(shù)的類都附帶有一個vtbl。當(dāng)對一個對象的某個虛函數(shù)進(jìn)行請求調(diào)用時，實際被調(diào)用的函數(shù)是根據(jù)指向vtbl的vptr在vtbl里找到相應(yīng)的函數(shù)指針來確定的。

虛函數(shù)實現(xiàn)的細(xì)節(jié)不重要（當(dāng)然，如果你感興趣，可以閱讀條款m24），重要的是，如果point類包含一個虛函數(shù)，它的對象的體積將不知不覺地翻番，從2個16位的short變成了2個16位的short加上一個32位的vptr！point對象再也不能放到一個32位寄存器中去了。而且，c++中的point對象看起來再也不具有和其他語言如c中聲明的那樣相同的結(jié)構(gòu)了，因為這些語言里沒有vptr。所以，用其他語言寫的函數(shù)來傳遞point也不再可能了，除非專門去為它們設(shè)計vptr，而這本身是實現(xiàn)的細(xì)節(jié)，會導(dǎo)致代碼無法移植。

所以基本的一條是，無故的聲明虛析構(gòu)函數(shù)和永遠(yuǎn)不去聲明一樣是錯誤的。實際上，很多人這樣總結(jié)：當(dāng)且僅當(dāng)類里包含至少一個虛函數(shù)的時候才去聲明虛析構(gòu)函數(shù)。

這是一個很好的準(zhǔn)則，大多數(shù)情況都適用。但不幸的是，當(dāng)類里沒有虛函數(shù)的時候，也會帶來非虛析構(gòu)函數(shù)問題。 例如，條款13里有個實現(xiàn)用戶自定義數(shù)組下標(biāo)上下限的類模板。假設(shè)你（不顧條款m33的建議）決定寫一個派生類模板來表示某種可以命名的數(shù)組(即每個數(shù)組有一個名字)。

template<class t>??????????????? // 基類模板
class array {??????????????????? // (來自條款13)
public:
? array(int lowbound, int highbound);
? ~array();

private:
? vector<t> data;
? size_t size;
? int lbound, hbound;
};

template<class t>
class namedarray: public array<t> {
public:
? namedarray(int lowbound, int highbound, const string& name);
? ...

private:
? string arrayname;
};

如果在應(yīng)用程序的某個地方你將指向namedarray類型的指針轉(zhuǎn)換成了array類型的指針，然后用delete來刪除array指針，那你就會立即掉進(jìn)“不確定行為”的陷阱中。

namedarray<int> *pna =
? new namedarray<int>(10, 20, "impending doom");

array<int> *pa;

...

pa = pna;??????????????? // namedarray<int>* -> array<int>*

...

delete pa;?????????????? // 不確定! 實際中，pa->arrayname
???????????????????????? // 會造成泄漏，因為*pa的namedarray
???????????????????????? // 永遠(yuǎn)不會被刪除

現(xiàn)實中，這種情形出現(xiàn)得比你想象的要頻繁。讓一個現(xiàn)有的類做些什么事，然后從它派生一個類做和它相同的事，再加上一些特殊的功能，這在現(xiàn)實中不是不常見。namedarray沒有重定義array的任何行為——它繼承了array的所有功能而沒有進(jìn)行任何修改——它只是增加了一些額外的功能。但非虛析構(gòu)函數(shù)的問題依然存在（還有其他問題，參見m33）

最后，值得指出的是，在某些類里聲明純虛析構(gòu)函數(shù)很方便。純虛函數(shù)將產(chǎn)生抽象類——不能實例化的類（即不能創(chuàng)建此類型的對象）。有些時候，你想使一個類成為抽象類，但剛好又沒有任何純虛函數(shù)。怎么辦？因為抽象類是準(zhǔn)備被用做基類的，基類必須要有一個虛析構(gòu)函數(shù)，純虛函數(shù)會產(chǎn)生抽象類，所以方法很簡單：在想要成為抽象類的類里聲明一個純虛析構(gòu)函數(shù)。

這里是一個例子：

class awov {??????????????? // awov = "abstract w/o
??????????????????????????? // virtuals"
public:
? virtual ~awov() = 0;????? // 聲明一個純虛析構(gòu)函數(shù)
???????????????????????????
};

這個類有一個純虛函數(shù)，所以它是抽象的，而且它有一個虛析構(gòu)函數(shù)，所以不會產(chǎn)生析構(gòu)函數(shù)問題。但這里還有一件事：必須提供純虛析構(gòu)函數(shù)的定義：

awov::~awov() {}?????????? // 純虛析構(gòu)函數(shù)的定義

這個定義是必需的，因為虛析構(gòu)函數(shù)工作的方式是：最底層的派生類的析構(gòu)函數(shù)最先被調(diào)用，然后各個基類的析構(gòu)函數(shù)被調(diào)用。這就是說，即使是抽象類，編譯器也要產(chǎn)生對~awov的調(diào)用，所以要保證為它提供函數(shù)體。如果不這么做，鏈接器就會檢測出來，最后還是得回去把它添上。

可以在函數(shù)里做任何事，但正如上面的例子一樣，什么事都不做也不是不常見。如果是這種情況，那很自然地會想到將析構(gòu)函數(shù)聲明為內(nèi)聯(lián)函數(shù)，從而避免對一個空函數(shù)的調(diào)用所產(chǎn)生的開銷。這是一個很好的方法，但有一件事要清楚。

因為析構(gòu)函數(shù)為虛，它的地址必須進(jìn)入到類的vtbl（見條款m24）。但內(nèi)聯(lián)函數(shù)不是作為獨立的函數(shù)存在的（這就是“內(nèi)聯(lián)”的意思），所以必須用特殊的方法得到它們的地址。條款33對此做了全面的介紹，其基本點是：如果聲明虛析構(gòu)函數(shù)為inline，將會避免調(diào)用它們時產(chǎn)生的開銷，但編譯器還是必然會在什么地方產(chǎn)生一個此函數(shù)的拷貝。