條款07 為多型基類宣告virtual析構函式

declare destructors virtual in polymorphic base classes.

有許多種做法可以記錄時間，因此，設計乙個timekeeper base class和一些derived classes作為不同的計時方法，相當合情合理：

class timekeeper ;
class atomicclock:public timekeeper ;//原子鐘
class waterclock:public timekeeper ;//水鐘
class wristwatch:public timekeeper //腕表

許多客戶只想在程式中使用時間，不想操心時間如何計算等細節，這時候我們可以設計factory（工廠）函式，返回指標指向乙個計時物件。factory函式會「返回乙個base class指標，指向新生成的derived class物件」：timekeeper *gettimekeeper();

為遵守factory函式的規範，被gettimekeeper()返回的物件必須位於heap。因此為了避免洩露記憶體和其他資源，將factory函式返回的每乙個物件適當的delete掉很重要：

timekeeper* ptk = gettimekeeper();
...delete ptk;

但是這裡卻存在問題，問題出在gettimekeeper()返回的指標指向乙個derived class物件，而那個物件卻經由乙個base class指標被刪除，而目前的base有個non-virtual析構函式。這是乙個引來災難的秘訣，因為c++明白指出，當derived class物件經由乙個base class指標被刪除，而該base class帶著乙個non-virtual析構函式，其結果為定義------實際執行時通常發生的是物件的derived成分沒有被銷毀。如果gettimekeeper()返回指標指向乙個atomicclock物件，其內的成分很可能沒被銷毀，而atomicclock的析構函式也未能執行起來。然而其base class成分通常會被銷毀，於是造成乙個詭異的「區域性銷毀」物件。這可是形成資源洩露、敗壞之資料結構、在偵錯程式上浪費許多時間的絕佳途徑。

消除這個問題的做法很簡單：給base class乙個virtual析構函式。此後刪除derived class物件就會如你想要的那般。

class timekeeper ;
timekeeper* ptk = gettimekeeper();
...delete ptk;

像timekeeper這樣的base classes除了析構函式之外通常還有其他virtual函式，因為virtual函式的目的是允許derived class的實現得以客製化。例如timekeeper就可能擁有乙個virtual getcurrenttime，它在不同的derived classes中有不同的實現碼。任何class只要帶有virtual函式都幾乎確定應該也有乙個virtual析構函式。

如果class不含virtual函式，通常表示它並不意圖被用作乙個base class。當class不企圖被當作base class，令其析構函式為virtual往往是個餿主意。考慮乙個用來表示二維空間點座標的class：

class point;

如果int占用32bits，那麼point物件可塞入乙個64-bits快取器中。更有甚者，這樣乙個point物件可被當作乙個「64bit量」傳給以其他語言如c或fortran撰寫的函式。然而當point的析構函式是virtual，形勢起了變化。欲實現出virtual函式，物件必須攜帶某些資訊，主要用來在執行期決哪乙個virtual函式被呼叫。這份資訊通常是由乙個所謂vptr（virtual table pointer）指標指出。vptr指向乙個由函式指標構成的陣列，稱為vtbl（virtual table）；每乙個帶有virtual函式的class都有乙個相應的vtbl。當物件呼叫某個virtual函式，實際被呼叫的函式取決於該物件的vptr所指的那個vtbl---編譯器在其中尋找適當的函式指標。

virtual函式的實現細節不重要。重要的是如果point class內含virtual函式，其物件的提及會增加：在32-bit計算機體系結構中將占用64bits（為了存放兩個ints）至96bits（兩個ints加上vptr）。因此，為point新增乙個vptr會增加其物件大小達50%~100%！point物件不再能夠塞入乙個64bit快取器，而c++的point物件也不再和其他語言內的相同的宣告有著一樣的結構，因此就不再可能把它傳遞至其他語言所寫的函式，除非你明確補償vptr。因此無端地將所有classes的析構函式宣告為virtual，就像從未宣告它們為virtual一樣，都是錯誤的。許多人的心得是：只有當class內含至少乙個virtual函式，才為它宣告virtual析構函式。即使class完全不帶virtual函式，被「non-virtual析構函式問題」給咬傷還是有可能的。舉個例子，標誌string不含任何virtual函式，但有時候程式設計師會錯誤地把它當作base class：

class specialstring:public std::string;

咋看似乎無害，但如果你再程式任意某處無意間將乙個pointer-to-specialstring轉換為pointer-to-string，然後將轉換所得的那個string指標delete掉，你立刻被流放到「行為不明確」的惡地上。

相同的分析適用於任何不帶virtual析構函式的class，包括所有stl容器如vector，list，set等等。如果你曾經企圖繼承乙個標準容器或任何其他「帶有non-virtual析構函式」的class，拒絕**把！

有時候令class帶乙個pure virtual析構函式，可能頗為便利。pure virtual函式導致abstract classes---也就是不能被實體化的class。也就是說，你不能為那種型別建立物件。然而有時候你希望擁有抽象class，但手上沒有任何pure virtual函式，怎麼辦？由於抽象class總是企圖被當作乙個base class來用，而有由於base class應該有個virtual析構函式，並且由於pure virtual函式會導致抽象class，因此解法很簡單：為你希望它成為抽象的那個class 宣告乙個pure virtual析構函式。

class awov;

這個class有乙個pure virtual函式，所以它是個抽象class，又由於它有個virtual析構函式，所以你不需要擔心析構函式的問題。然而這裡有個竅門：你必須為這個pure virtual析構函式提供乙份定義。析構函式的運作方式是，最深層派生的那個class其析構函式最先被呼叫，然後是其每乙個base class的析構函式被呼叫。編譯器會在awov的derived class的析構函式中建立乙個對~awov的呼叫動作，所以你必須為這個函式提供乙份定義。如果不這樣做，聯結器會發出抱怨。

「給base classes乙個virtual析構函式」，這個規則只適用於polymorphic（帶多型性質的）base classes身上。這種base classes的設計目的是為了用來「通過base class介面處理derived class物件」。timekeeper就是乙個polymorphic base class，因為我們希望處理atomicclock和waterclock物件，縱使我們只有timekeeper指標指向它們。

並非所有base class的設計目的都是為了多型用途。例如標準string和stl容器都不被設計作為base classes使用，更別提多型了。某些classes的設計目的是作為base class使用，但不是為了多型用途，因此它們也不需要virtual析構函式。

請記住：

條款07 為多型基類宣告virtual析構函式

條款07 為多型基類宣告virtual析構函式

條款07 為多型基類宣告virtual析構函式

條款07 為多型基類宣告virtual析構函式

相關推薦