我們知道,為了能夠正確的調用對象的析構函數,一般要求具有層次結構的頂級類定義其析構函數為虛函數。因為在delete一個抽象類指針時候,必須要通過虛函數找到真正的析構函數。

如:


C++:

class CObject{
public:
   CObject()
   {
   }
   virtual ~CObject()
   {
   };
};
class CX: public CObject
{
public:
   CX(){...};
   ~CX(){...};
}
void f()
{
   CObject *px;
   px = new CX;
   delete px;
}

否則delete px只會執行CObject的析構函數,而不是真正的CX析構函數。
現在的問題是,我們想把CObject做出抽象類,不能直接構造對象,需要在其中定義一個純虛函數。如果其中沒有其他合適的函數,可以把析構函數定義為純虛的,即將前面的CObject定義改成:


C++:

class CObject{
public:
   CObject()
   {
   }
   virtual ~CObject() = 0;
};


可 是,這段代碼不能通過編譯,通常是鏈接錯誤,不能找到~CObject()的引用(gcc的錯誤報告)。這是因為,析構函數、構造函數和其他內部函數不一 樣,在調用時,編譯器需要產生一個調用鏈。也就是,CX的析構函數里面隱含調用了CObecjt的析構函數。而剛才的代碼中,缺少~CObecjt的函數 體,當然會出現錯誤。

這里面有一個誤區,有人認為,virtual f()=0這種純虛函數語法就是沒有定義體的語義。其實,這是不對的。這種語法只是表明這個函數是一個純虛函數,因此這個類變成了抽象類,不能產生對象。我們完全可以為純虛函數指定函數體。通常的純虛函數不需要函數體,是因為我們一般不會調用抽象類的這個函數,只會調用派生類的對應函數。這樣,我們就有了一個純虛析構函數的函數體,上面的代碼需要改成:


C++:

class CObject{
public:
   CObject()
   {
   }
   virtual ~CObject() = 0;
};

CObject::~CObject()
{
}


從語法角度來說,不可以將上面的析構函數直接寫入定義中(內聯函數的寫法)。這或許是一個不正交化的地方。

這個問題看起來有些學術化,因為一般我們完全可以在CObject中找到一個更加適合的函數,通過將其定義為沒有實現體的純虛函數,而將整個類定義為抽象類。但這種技術也有一些應用,如這個例子:


C++:

class CB{
public:
   virtual ~CB(){};
   virtual void Hiberarchy() const = 0;
};

void CB::Hiberarchy() const
{
   std::cout <<"CB::";
}

class CD : public CB
{
public:
   CD()
   {
   };
   virtual void Hiberarchy() const
   {
       CB::Hiberarchy();
       std::cout <<"CD::";
   };
   virtual void f()
   {
   }
};


int main(){
   CB* x=new CD();
   x->Hiberarchy();
   x->CB::Hiberarchy();
   return 0;
}


在 這個例子中,我們試圖打印出類的繼承關系。在根基類中定義了虛函數Hiberarchy,然后在每個派生類中都重載此函數。我們再一次看到,由于想把CB 做成個抽象類,而這個類中沒有其他合適的方法成員可以定義為純虛的,我們還是只好將Hiberarchy定義為純虛的。(當然,完全可以定義~CB函數, 這就和上面的討論一樣了。^_^)

另外,可以看到,在main中有兩種調用方法,第一種是普通的方式,進行動態鏈接,執行虛函數,得到結果"CB::CD::";第二種是指定類的方式,就不再執行虛函數的動態鏈接過程了,結果是"CB::"。

通過上面的分析可以看出,定義純虛函數的真正目的是為了定義抽象類,而并不是函數本身。與之對比,在java中,定義抽象類的語法是 abstract class,也就是在類的一級作指定(當然虛函數還是也要加上abstract關鍵字)。是不是這種方式更好一些呢?在Stroustrup的《C++語言的設計與演化》中我找到這樣一段話:

“我選擇的是將個別的函數描述為純虛的方式,沒有采用將完整的類聲明定義為抽象的形式,這是因為純虛函數的概念更加靈活一些。我很看重能夠分階段定義類的能力;也就是說,我發現預先定義一些純虛函數,并把另外一些留給進一步的派生類去定義也是很有用的”。

我 還沒有完全理解后一句話,我想從另外一個角度來闡述這個概念。那就是,在一個多層復雜類結構中,中間層次的類應該具體化一些抽象函數,但很可能并不是所有 的。中間類沒必要知道是否具體化了所有的虛函數,以及其祖先已經具體化了哪些函數,只要關注自己的職責就可以了。也就是說,中間類沒必要知道自己是否是一 個真正的抽象類,設計者也就不用考慮是否需要在這個中間類的類級別上加上類似abstract的說明了。

當然,一個語言的設計有多種因素,好壞都是各個方面的。這只是一個解釋而已。

最后,總結一下關于虛函數的一些常見問題:

虛函數是動態綁定的,也就是說,使用虛函數的指針和引用能夠正確找到實際類的對應函數,而不是執行定義類的函數。這是虛函數的基本功能,就不再解釋了。
構造函數不能是虛函數。而且,在構造函數中調用虛函數,實際執行的是父類的對應函數,因為自己還沒有構造好。
析構函數可以是虛函數,而且,在一個復雜類結構中,這往往是必須的。
將一個函數定義為純虛函數,實際上是將這個類定義為抽象類,不能實例化對象。
純虛函數通常沒有定義體,但也完全可以擁有。純虛析構函數必須有定義體,因為析構函數的調用是在子類中隱含的。
非純的虛函數必須有定義體,不然是一個錯誤。
派 生類的重載虛函數定義必須和父類完全一致。除了一個特例,如果父類中返回值是一個指針或引用,子類重載時可以返回這個指針(或引用)的派生。例如,在上面 的例子中,在CB中定義了 virtual CB* clone(); 在CD中可以定義為 virtual CD* clone()。可以看到,這種放松對于Clone模式是非常有用的。
其他,有待補充。