我們知道,用C++開發的時候,用來做基類的類的析構函數一般都是虛函數。可是,為什么要這樣做呢?下面用一個小例子來說明:

有下面的兩個類:

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; };

};

對于如下代碼:

ClxBase *pTest = new ClxDerived;

pTest->DoSomething();

delete pTest;

代碼的輸出結果是:

Do something in class ClxDerived!

Output from the destructor of class ClxDerived!

這個很簡單,非常好理解。

但是,如果把類ClxBase析構函數前的virtual去掉,那輸出結果就是下面的樣子了:

Do something in class ClxDerived!

也就是說,類ClxDerived的析構函數根本沒有被調用!一般情況下類的析構函數里面都是釋放內存資源,而析構函數不被調用的話就會造成內存泄漏。我想所有的C++程序員都知道這樣的危險性。當然,如果在析構函數中做了其他工作的話,那你的所有努力也都是白費力氣。

所以,文章開頭的那個問題的答案就是--這樣做是為了當用一個基類的指針刪除一個派生類的對象時,派生類的析構函數會被調用。

當然,并不是要把所有類的析構函數都寫成虛函數。因為當類里面有虛函數的時候,編譯器會給類添加一個虛函數表,里面來存放虛函數指針,這樣就會增加類的存儲空間。所以,只有當一個類被用來作為基類的時候,才把析構函數寫成虛函數。


Effective C++條款14:   確定基類有虛析構函數  

 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建一個靜態類成員來統計對象的個數。這個成員被初始化為0,在構造函數里加1,析構函數里減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”提供了對這個技術的另外一些改進)  

 設想在一個軍事應用程序里,有一個表示敵人目標的類:  

 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;           //   對象計數器  

 };  

 //   類的靜態成員要在類外定義;  

 //   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,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35m33)。因為不但要關心敵人目標的總數,也要關心敵人坦克的總數,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,假設程序的其他某處用new動態創建了一個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:兩個類在析構函數里都對構造函數所做的操作進行了清除;應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測的——無法知道將會發生什么。  

c++語言標準關于這個問題的闡述非常清楚:當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函數時,結果將是不可確定的。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生。(實際運行時經常發生的是,派生類的析構函數永遠不會被調用。在本例中,這意味著當targetptr   刪除時,enemytank的數量值不會改變,那么,敵人坦克的數量就是錯的,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的析構函數為virtual。聲明析構函數為虛就會帶來你所希望的運行良好的行為:對象內存釋放時,enemytankenemytarget的析構函數都會被調用。    

和絕大部分基類一樣,現在enemytarget類包含一個虛函數。虛函數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。  

如果某個類不包含虛函數,那一般是表示它將不作為一個基類來使用。當一個類不準備作為基類使用時,使析構函數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   int16位,一個point對象將剛好適合放進一個32位的寄存器中。另外,一個point對象可以作為一個32位的數據傳給用cfortran等其他語言寫的函數中。但如果point的析構函數為虛,情況就會改變。  

實現虛函數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用哪個虛函數。對大多數編譯器來說,這個額外信息的具體形式是一個稱為vptr(虛函數表指針)的指針。vptr指向的是一個稱為vtbl(虛函數表)的函數指針數組。每個有虛函數的類都附帶有一個vtbl。當對一個對象的某個虛函數進行請求調用時,實際被調用的函數是根據指向vtblvptrvtbl里找到相應的函數指針來確定的。  

虛函數實現的細節不重要(當然,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,它的對象的體積將不知不覺地翻番,從216位的short變成了216位的short加上一個32位的vptrpoint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構了,因為這些語言里沒有vptr。所以,用其他語言寫的函數來傳遞point也不再可能了,除非專門去為它們設計vptr,而這本身是實現的細節,會導致代碼無法移植。  

所以基本的一條是,無故的聲明虛析構函數和永遠不去聲明一樣是錯誤的。實際上,很多人這樣總結:當且僅當類里包含至少一個虛函數的時候才去聲明虛析構函數。  

這是一個很好的準則,大多數情況都適用。但不幸的是,當類里沒有虛函數的時候,也會帶來非虛析構函數問題。   例如,條款13里有個實現用戶自定義數組下標上下限的類模板。假設你(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組(即每個數組有一個名字)  

 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;  

 };  

如果在應用程序的某個地方你將指向namedarray類型的指針轉換成了array類型的指針,然后用delete來刪除array指針,那你就會立即掉進“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*panamedarray  

                                                    //   永遠不會被刪除  

現實中,這種情形出現得比你想象的要頻繁。讓一個現有的類做些什么事,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行任何修改——它只是增加了一些額外的功能。但非虛析構函數的問題依然存在(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函數很方便。純虛函數將產生抽象類——不能實例化的類(即不能創建此類型的對象)。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。怎么辦?因為抽象類是準備被用做基類的,基類必須要有一個虛析構函數,純虛函數會產生抽象類,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函數。  

這里是一個例子:  

 class   awov   {                                 // awov =   "abstract   w/o  

                                                 //   virtuals"  

 public:  

      virtual   ~awov()   =   0;             //   聲明一個純虛析構函數  

 };  

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

 awov::~awov()   {}                       //   純虛析構函數的定義  

這個定義是必需的,因為虛析構函數工作的方式是:最底層的派生類的析構函數最先被調用,然后各個基類的析構函數被調用。這就是說,即使是抽象類,編譯器也要產生對~awov的調用,所以要保證為它提供函數體。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函數聲明為內聯函數,從而避免對一個空函數的調用所產生的開銷。這是一個很好的方法,但有一件事要清楚。  

因為析構函數為虛,它的地址必須進入到類的vtbl(見條款m24)。但內聯函數不是作為獨立的函數存在的(這就是“內聯”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:如果聲明虛析構函數為inline,將會避免調用它們時產生的開銷,但編譯器還是必然會在什么地方產生一個此函數的拷貝。