[C++] virtual析構(gòu)函數(shù)

有許多種做法可以記錄時間,
因此帚呼,設(shè)計一個TimeKeeper base class和一些derived class作為不同的計時方法掏缎,相當(dāng)合情合理。

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

// 原子鐘
class AtomicClock: public TimeKeeper { ... };

// 水鐘
class WaterClock: public TimeKeeper { ... };

// 腕表
class WristWatch: public TimeKeeper { ... };

許多客戶只想在程序中使用時間煤杀,不想操心時間如何計算等細節(jié)眷蜈,
這時候我們可以設(shè)計factory(工廠)函數(shù),返回指針指向一個計時對象沈自。
factory函數(shù)會“返回一個base class指針酌儒,指向新生成之derived class對象”:

// 返回一個指針,指向一個TimeKeeper派生類的動態(tài)分配對象
TimeKeeper* getTimeKeeper();

為遵守factory函數(shù)的規(guī)矩枯途,被getTimeKeeper()返回的對象必須位于heap忌怎。
因此為了避免泄漏內(nèi)存和其他資源,將factory函數(shù)返回的每一個對象酪夷,適當(dāng)?shù)膁elete掉很重要榴啸。

// 從TimeKeeper繼承體系獲得一個動態(tài)分配對象
TimeKeeper* ptk = getTimeKeeper();
...

// 釋放它,避免資源泄漏
delete ptk;

1. 局部銷毀

雖然倚賴客戶執(zhí)行delete動作捶索,基本上便帶有某種錯誤傾向插掂,
factory函數(shù)接口也該修改以便預(yù)發(fā)常見之客戶錯誤,
但這些在此都是次要的腥例,因為縱使客戶把每一件事都做對了辅甥,仍然沒辦法知道程序如何行動。

為題出在getTimeKeeper返回的指針指向一個derived class對象(例如AtomicClock)燎竖,
而那個對象卻經(jīng)由一個base class指針(例如一個TimeKeeper*指針被刪除)璃弄,
而目前的base class(TimeKeeper)有個non-virtual析構(gòu)函數(shù)。

這是一個引來災(zāi)難的秘訣构回,因為C++明確指出夏块,
當(dāng)derived class對象經(jīng)由一個base class指針被刪除,而該base class帶著一個non-virtual析構(gòu)函數(shù)纤掸,其結(jié)果未定義脐供。
實際執(zhí)行時,通常發(fā)生的是借跪,對象的derived成分沒有被銷毀政己。

如果getTimeKeeper返回指針指向一個AtomicClock對象,
在其內(nèi)的AtomicClock成分(也就是聲明于AtomicClock class內(nèi)的成員變量)很可能沒被銷毀掏愁。
AtomicClock的析構(gòu)函數(shù)也未能執(zhí)行起來歇由。
然而其base class成分(也就是TimeKeeper這一部分)通常會被銷毀卵牍,于是造成一個詭異的“局部銷毀”對象。
這可是形成資源泄露沦泌,敗壞之?dāng)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)糊昙,在調(diào)試器上浪費許多時間的絕佳途徑喔。

消除這個問題的做法很簡單谢谦,給base class一個virtual析構(gòu)函數(shù)释牺。
此后刪除derived class對象就會如你想要的那般。
是的他宛,它會銷毀整個對象船侧,包括所有的derived class成分欠气。

TimeKeeper這樣的base class除了析構(gòu)函數(shù)之外厅各,通常還有其他的virtual函數(shù),
因為virtual函數(shù)的目的预柒,是允許derived class的實現(xiàn)得以客制化队塘。
例如,TimeKeeper就可能擁有一個virtual getCurrentTime宜鸯,它在不同的derived class中有不同的實現(xiàn)碼憔古。
任何class只要帶有virtual函數(shù),都幾乎確定應(yīng)該也有一個virtual析構(gòu)函數(shù)淋袖。

2. vptr指針

如果class不包含virtual函數(shù)鸿市,通常表示它并不意圖用作一個base class。
當(dāng)class不企圖被當(dāng)做base class即碗,令其析構(gòu)函數(shù)為virtual往往是個餿主意焰情。
欲實現(xiàn)出virtual函數(shù),對象必須攜帶某些信息剥懒,主要用來在運行期決定哪一個virtual函數(shù)該被調(diào)用内舟。
這份信息通常是由一個所謂vptr(virtual table pointer)指針指出。
vptr指向一個由函數(shù)指針構(gòu)成的數(shù)組初橘,稱為vtbl(virtual table)验游。

每一個帶有virtual函數(shù)的class都有一個相應(yīng)的vtbl,當(dāng)對象調(diào)用某一個virtual函數(shù)保檐,
實際被調(diào)用的函數(shù)耕蝉,取決于該對象的vptr所指的那個vtbl,編譯器在其中尋找適當(dāng)?shù)暮瘮?shù)指針夜只。

virtual函數(shù)的實現(xiàn)細節(jié)不重要垒在,重要的是如果class內(nèi)含virtual函數(shù),其對象的體積會增加盐肃。
vptr指針爪膊,在32-bit計算機體系結(jié)構(gòu)中权悟,將多占用32bits,在64-bit計算機體系結(jié)構(gòu)中推盛,會多占用64-bits峦阁。
因此,無端的將所有的class的析構(gòu)函數(shù)聲明為virtual耘成,就像從未聲明它們?yōu)関irtual一樣榔昔,都是錯誤的。
許多人的心得是瘪菌,只有當(dāng)class內(nèi)含至少一個virtual函數(shù)撒会,才為它聲明virtual析構(gòu)函數(shù)。

3. non-virtual析構(gòu)函數(shù)

即使class完全不帶virtual函數(shù)师妙,被“non-virtual析構(gòu)函數(shù)問題”給咬傷還是有可能的诵肛。
舉個例子,標(biāo)準(zhǔn)string不含任何virtual函數(shù)怔檩,但有時候程序員會錯誤的把它當(dāng)做base class:

// 餿主意,std::string有個non-virtual析構(gòu)函數(shù)
class SpecialString: public std::string{
    ...
};

乍看似乎無害蓄诽,但如果你在程序任意某處無意間將一個pointer to SpecialString轉(zhuǎn)換成一個pointer to string薛训,
然后將轉(zhuǎn)換所得的那個string指針delete掉乙埃,你立刻被流放到“行為不明確”的惡地上介袜。

SpecialString* pss = new SpecialString("Impending Doom");
std::string* ps;
...

// SpecialString* => std::string*
ps = pss;
...

// 未有定義米酬,現(xiàn)實中*ps的SpecialString資源會泄露赃额,
// 因為SpecialString的析構(gòu)函數(shù)沒被調(diào)用
delete ps;

相同的分析適用于任何不帶virtual析構(gòu)函數(shù)的class,包括所有STL容器竹勉,如vector启泣,list跃闹,set役听,tr1::unordered_map等等。
如果你曾經(jīng)企圖繼承一個標(biāo)準(zhǔn)容器或任何其他“帶有non-virtual析構(gòu)函數(shù)”的class孽水,拒絕誘惑吧。
(很不幸C++沒有提供類似Java的final class或C#的sealed class那樣的“禁止派生”機制)

4. pure virtual析構(gòu)函數(shù)

有時候城看,令class帶一個pure virtual析構(gòu)函數(shù)女气,可能頗為便利。
pure virtual函數(shù)测柠,導(dǎo)致abstract(抽象) class炼鞠,也就是不能被實體化(instantiated)的class。
也就是說轰胁,你不能為那種類型創(chuàng)建對象谒主。

class AMOV{
public:

    // 聲明為pure virtual析構(gòu)函數(shù)
    virtual ~AMOV() = 0;
};

這個class有一個pure virtual函數(shù),所以它是個抽象class赃阀,
又由于它有個virtual析構(gòu)函數(shù)霎肯,所以你不需要擔(dān)心析構(gòu)函數(shù)的問題。

析構(gòu)函數(shù)的運作方式是凹耙,最深層(most derived)的那個class其析構(gòu)函數(shù)最先被調(diào)用姿现,
然后是其每一個base class的析構(gòu)函數(shù)被調(diào)用肠仪。
編譯器會在AMOV的derived class的析構(gòu)函數(shù)中創(chuàng)建一個對~AMOV的調(diào)用動作肖抱,
所以,你必須為這個函數(shù)提供一份定義异旧,如果不這樣做意述,連接器會發(fā)出抱怨。

// pure virtual析構(gòu)函數(shù)的定義
AMOV::~AMOV() { }

總結(jié)

“給base class一個virtual析構(gòu)函數(shù)”吮蛹,這個規(guī)則只適用于polymorphic(帶多態(tài)性質(zhì))的base class身上荤崇。
這種base class的設(shè)計目的是為了用來“通過base class接口處理derived class對象”。
TimeKeeper就是一個polymorphic base class潮针,
因為我們希望處理AtomicClockWaterClock對象术荤,縱使我們只有TimeKeeper指針指向它們。

并非所有的base class的設(shè)計目的都是為了多態(tài)用途每篷,
例如標(biāo)準(zhǔn)string和STL容器瓣戚,都不被設(shè)計作為base class使用,更別提多態(tài)了焦读。
某些class的設(shè)計目的是作為base class使用子库,但不是為了多態(tài)用途,
它們并非設(shè)計用來“經(jīng)由base class接口處置derived class對象”矗晃,因此仑嗅,它們不需要virtual析構(gòu)函數(shù)。


Effective C++ - P40

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