C++中基类的析构函数为什么要用virtual虚析构函数

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#c++ #编程 #内存泄漏 #多态 #指针

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本文解析了C++中为何基类的析构函数需要声明为虚函数，通过示例代码说明若非虚函数可能导致内存泄漏的问题。

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知识背景

要弄明白这个问题，首先要了解下C++中的动态绑定。

关于动态绑定的讲解，请参阅： C++中的动态类型与动态绑定、虚函数、多态实现

正题

直接的讲，C++中基类采用virtual虚析构函数是为了防止内存泄漏。具体地说，如果派生类中申请了内存空间，并在其析构函数中对这些内存空间进行释放。假设基类中采用的是非虚析构函数，当删除基类指针指向的派生类对象时就不会触发动态绑定，因而只会调用基类的析构函数，而不会调用派生类的析构函数。那么在这种情况下，派生类中申请的空间就得不到释放从而产生内存泄漏。所以，为了防止这种情况的发生，C++中基类的析构函数应采用virtual虚析构函数。

示例代码讲解

现有Base基类，其析构函数为非虚析构函数。Derived1和Derived2为Base的派生类，这两个派生类中均有以string* 指向存储其name的地址空间，name对象是通过new创建在堆上的对象，因此在析构时，需要显式调用delete删除指针归还内存，否则就会造成内存泄漏。

class Base {
 public:
~Base() {
  cout << "~Base()" << endl;
}
};

class Derived1 : public Base {
 public:
  Derived1():name_(new string("NULL")) {}
  Derived1(const string& n):name_(new string(n)) {}

  ~Derived1() {
    delete name_;
    cout << "~Derived1(): name_ has been deleted." << endl;
  }

 private:
  string* name_;
};

class Derived2 : public Base {
 public:
  Derived2():name_(new string("NULL")) {}
  Derived2(const string& n):name_(new string(n)) {}

  ~Derived2() {
    delete name_;
    cout << "~Derived2(): name_ has been deleted." << endl;
  }

 private:
  string* name_;
};

我们看下面对其析构情况进行测试：

int main() {
  Derived1* d1 = new Derived1();
  Derived2 d2 = Derived2("Bob");
  delete d1;
  return 0;
}

d1为Derived1类的指针，它指向一个在堆上创建的Derived1的对象；d2为一个在栈上创建的对象。其中d1所指的对象需要我们显式的用delete调用其析构函数；d2对象在其生命周期结束时，系统会自动调用其析构函数。看下其运行结果：

刚才我们说，Base基类的析构函数并不是虚析构函数，现在结果显示，派生类的析构函数被调用了，正常的释放了其申请的内存资源。这两者并不矛盾，因为无论是d1还是d2，两者都属于静态绑定，而且其静态类型恰好都是派生类，因此，在析构的时候，即使基类的析构函数为非虚析构函数，也会调用相应派生类的析构函数。

下面我们来看下，当发生动态绑定时，也就是当用基类指针指向派生类，这时候采用delete显式删除指针所指对象时，如果Base基类的析构函数没有virtual，会发生什么情况？

int main() {
  Base* base[2] = {
    new Derived1(),
    new Derived2("Bob")      
  };
  for (int i = 0; i != 2; ++i) {
    delete base[i];    
  }
  return 0;
}

从上面结果我们看到，尽管派生类中定义了析构函数来释放其申请的资源，但是并没有得到调用。原因是基类指针指向了派生类对象，而基类中的析构函数却是非virtual的，之前讲过，虚函数是动态绑定的基础。现在析构函数不是virtual的，因此不会发生动态绑定，而是静态绑定，指针的静态类型为基类指针，因此在delete时候只会调用基类的析构函数，而不会调用派生类的析构函数。这样，在派生类中申请的资源就不会得到释放，就会造成内存泄漏，这是相当危险的：如果系统中有大量的派生类对象被这样创建和销毁，就会有内存不断的泄漏，久而久之，系统就会因为缺少内存而崩溃。

也就是说，在基类的析构函数为非虚析构函数的时候，并不一定会造成内存泄漏；当派生类对象的析构函数中有内存需要收回，并且在编程过程中采用了基类指针指向派生类对象，如为了实现多态，并且通过基类指针将该对象销毁，这时，就会因为基类的析构函数为非虚析构函数而不触发动态绑定，从而没有调用派生类的析构函数而导致内存泄漏。

因此，为了防止这种情况下内存泄漏的发生，最好将基类的析构函数写成virtual虚析构函数。

下面把Base基类的析构函数改为虚析构函数：

class Base {
 public:
virtual ~Base() {
  cout << "~Base()" << endl;
}
};

再看下其运行结果：

这样就会实现动态绑定，派生类的析构函数就会得到调用，从而避免了内存泄漏。

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