[Effective C++系列]－爲多態基類聲明Virtual析構函數

Declare destructors virtual in polymorphic base classes.

 

• ［原理］

C++指出，當derived class對象經由一個由base class類型的指針刪除時，若是這個base class 擁有一個non－virtual的析構函數，那個析構的結果將是未定義的。即一般狀況下是該對象的base class成分會被析構掉，可是其derived class成分沒有被銷燬，甚至連derived class的析構函數也不會被調用。

因而造成一個被「局部銷燬」的對象，形成資源泄漏。

 

• ［示例］

例如：

class car
{
public:
     car();
     ~car();
     ...   
};
 
class diesel_car : public car {…};
class solar_car: public car {…};
class electric_car : public car {…};

當客戶代碼中使用汽車對象時，若是他不關心使用的是具體哪一類汽車這個細節，那麼咱們能夠設計一個工廠函數（或者工廠類）負責建立一個汽車對象，該工廠函數返回一個base class指針或者引用，指向新生成的derived class對象：

car* get_car();

爲遵照工廠函數的規矩，返回的對象必須位於heap（不然函數返回的指針在函數返回後將指向一個非法的位置，由於位於stack的對象的生命週期爲函數域），所以爲了不內存泄漏，須要客戶代碼將工廠函數返回的對象適當地delete掉：

car* p_car = get_car();      // 從car繼承體系中得到一個動態分配對象
…                            // 使用這個對象
delete p_car;                // 釋放這個對象以免內存泄漏

首先須要說明，上述作法已經存在兩個缺陷：

1.依賴客戶代碼執行delete操做，帶有錯誤傾向，客戶可能會忘記作這件事。

2.工廠函數結構應該考慮預防常見的客戶代碼錯誤。

 

可是最根本的弱點在於：客戶代碼根本沒法將返回的derived class對象完全銷燬。

 

簡單的作法即是：爲base class定義一個virtual析構函數。此後刪除derived class對象就會銷燬這個對象，包括全部的derived class成分。

class car
{
public:
     car();
     virtual ~car();
     ...   
};

 

• ［引伸1］

當一個類須要被用做多態（Polymorphism）時，就應該爲該類聲明一個virtual析構函數，即任何class只要帶有virtual函數都幾乎肯定應該也有一個virtual析構函數。

 

可是，若是class沒有virtual函數，即不被用做多態用途，一般意味着它並不意圖被用做一個base class（除了某些特殊狀況，如noncopyable類）。當class不被用做base class時，最好不要爲其定義一個析構函數。

由於C++中將函數定義爲virtual是有代價的，這個代價就是虛表指針virtual table pointer。

 

欲實現virtual函數，對象必須攜帶某種信息，用於在運行期決定調用哪個virtual函數。這份信息一般是由一個所謂的vptr（virtual table pointer）指針指出。vptr指向一個有函數指針構成的數組，成爲vtbl（virtual table）；每個帶有virtual函數的class都有一個相應的vtbl。當對對象調用某一virtual函數，是及被調用的函數取決於該對象的vptr所指向的那個vtbl——編譯器在其中尋找適當的函數指針。

 

所以，每個定義了virtual函數的class的對象都包含一個vptr。這樣一來，對象的體積會由於virtual函數的存在而增長。

 

例如：

class point
{
public:
     point(int coord_x, int coord_y);
     ~point();
private:
     int x, y;
};

32位系統中，int類型佔32bits，所以point對象一共佔64bits，能夠被塞入一個64bit緩存器中，甚至能夠被看成一個「64bit 量」傳給其餘語言如C活着FORTRAN編寫的函數。

可是若是point內含析構函數時，point對象佔用的空間將是96bits，（2個ints加1個vptr）。對象體積從64bits增長到96bits。

而在64bit計算機體系結構中，point對象將佔用128bits（由於指針類型佔用64bits）。對象體積從64bits增長到128bits。

 

這樣的對象將沒法被塞入一個64-bit緩存器中，而C++的point對象也再也不和其餘語言（如C）內的相同聲明有着同樣的結構，所以也就沒法將其傳遞到其餘語言編寫的函數中，所以再也不有移植性。

所以，將不用做多態用途的class的析構函數聲明爲virtual是不合理的。只有當class內至少含有一個virtual函數時才應該將其析構函數聲明爲virtual。

 

• ［引伸2］

不要試圖繼承任何帶有non-virtual析構函數的類，包括全部STL容器如vector，list, set, unordered_map, string等等。由於這會致使資源泄漏！

不幸的是C++中沒有提供相似java的final classes或者c#中的sealed classes那樣的「禁止派生」機制。

 

• ［引伸3］

當但願將一個class定義爲抽象class（pure virtual class），但有沒有任何pure virtual函數時，爲這個class聲明一個pure virtual析構函數是很便利的。

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

可是要注意：必須爲這個pure virtual析構函數提供一份定義：

abstract_class::~abstract_class(){}

 

由於析構函數的運做方式是：最深層派生（most derived）的那個class的析構函數最早被調用，而後是其每個base class的析構函數被調用。編譯器會在 abstract_class的derived classes中建立一個對～abstract_class的調用動做，因此必須爲～abstract_class提供定義，不然連接器會報錯。

 

• ［總結］

1.polymorphic （帶多態性質的）base classes 應該聲明一個virtual析構函數。若是class 帶有任何virtual函數，就應該爲其聲明一個virtual析構函數。由於這樣的base class設計出來的目的就是用來「經過base class 接口處理derived class對象」。

2.有些class本來就不是設計做爲base class使用，或者就算是做爲base class 也不具有多態性，這樣的class就不該該聲明爲virtual析構函數。

 

• ［補充］

默認生成的析構函數是public且non-virtual的。