C++中虚析构函数和纯虚函数的作用

最新推荐文章于 2025-11-17 18:30:52 发布

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本文深入探讨了C++中虚析构函数和纯虚函数的概念与使用，包括它们在类层次结构中的作用，如何正确实现以及避免常见陷阱。文章强调了虚析构函数在删除派生类指针时的重要性，以及纯虚函数在创建抽象基类时的应用。

一. 虚析构函数

为了能够正确的调用对象的析构函数，一般要求具有层次结构的顶级类定义其析构函数为虚函数。因为在delete一个抽象类指针时候，必须要通过虚函数找到真正的析构函数。

class Base
{
public:
   Base(){}
   virtual ~Base(){}
};

class Derived: public Base
{
public:
   Derived(){};
   ~Derived(){};
}

void foo()
{
   Base *pb;
   pb = new Derived;
   delete pb;
}

这是正确的用法，会发生动态绑定，它会先调用Derived的析构函数，然后是Base的析构函数。

如果析构函数不加virtual，delete pb只会执行Base的析构函数，而不是真正的Derived析构函数。
因为不是virtual函数，所以调用的函数依赖于指向静态类型，即Base。

二. 纯虚析构函数

现在的问题是，我们想把Base做出抽象类，不能直接构造对象，需要在其中定义一个纯虚函数。如果其中没有其他合适的函数，可以把析构函数定义为纯虚的，即将前面的CObject定义改成：

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

可是，这段代码不能通过编译，通常是link错误，不能找到~Base()的引用(gcc的错误报告)。这是因为，析构函数、构造函数和其他内部函数不一样，在调用时，编译器需要产生一个调用链。也就是，Derived的析构函数里面隐含调用了Base的析构函数。而刚才的代码中，缺少～Base()的函数体，当然会出现错误。

这里面有一个误区，有人认为，virtual f()=0这种纯虚函数语法就是没有定义体的语义。
其实，这是不对的。这种语法只是表明这个函数是一个纯虚函数，因此这个类变成了抽象类，不能产生对象。我们完全可以为纯虚函数指定函数体。通常的纯虚函数不需要函数体，是因为我们一般不会调用抽象类的这个函数，只会调用派生类的对应函数。这样，我们就有了一个纯虚析构函数的函数体，上面的代码需要改成：

class Base
{
public:
   Base()
   {
   }
   virtual ~Base() = 0; //pure virtual
};

Base::~Base()//function body
{
}

从语法角度来说，不可以将上面的析构函数直接写入类声明中（内联函数的写法）。这或许是一个不正交化的地方。但是这样做的确显得有点累赘。

这个问题看起来有些学术化，因为一般我们完全可以在Base中找到一个更加适合的函数，通过将其定义为没有实现体的纯虚函数，而将整个类定义为抽象类。但这种技术也有一些应用，如这个例子：

class Base  //abstract class
{
public:
   virtual ~Base(){};//virtual, not pure
   virtual void Hiberarchy() const = 0;//pure virtual
};

void Base::Hiberarchy() const //pure virtual also can have function body
{
   std::cout <<"Base::Hiberarchy";
}

class Derived : public Base
{
public:
   Derived(){}
   virtual void Hiberarchy() const
   {
       CB::Hiberarchy();
       std::cout <<"Derived::Hiberarchy";
   }
   virtual void foo(){}
};


int main(){
   Base* pb=new Derived();
   pb->Hiberarchy();
   pb->Base::Hiberarchy();
   return 0;
}

在这个例子中，我们试图打印出类的继承关系。在根基类中定义了虚函数Hiberarchy，然后在每个派生类中都重载此函数。我们再一次看到，由于想把Base做成个抽象类，而这个类中没有其他合适的方法成员可以定义为纯虚的，我们还是只好将Hiberarchy定义为纯虚的。

另外，可以看到，在main中有两种调用方法，第一种是普通的方式，进行动态链接，执行虚函数，得到结果”Derived::Hiberarchy”；第二种是指定类的方式，就不再执行虚函数的动态链接过程了，结果是”Base::Hiberarchy”。

通过上面的分析可以看出，定义纯虚函数的真正目的是为了定义抽象类，而并不是函数本身。与之对比，在java中，定义抽象类的语法是 abstract class，也就是在类的一级作指定。

虚函数小结

虚函数是动态绑定的，也就是说，使用虚函数的指针和引用能够正确找到实际类的对应函数，而不是执行定义类的函数。这是虚函数的基本功能，就不再解释了。
构造函数不能是虚函数。而且，在构造函数中调用虚函数，实际执行的是父类的对应函数，因为自己还没有构造好, 多态是被disable的。
析构函数可以是虚函数，而且，在一个复杂类结构中，这往往是必须的。
将一个函数定义为纯虚函数，实际上是将这个类定义为抽象类，不能实例化对象。
纯虚函数通常没有定义体，但也完全可以拥有。
析构函数可以是纯虚的，但纯虚析构函数必须有定义体，因为析构函数的调用是在子类中隐含的。
非纯的虚函数必须有定义体，不然是一个错误。
派生类的override虚函数定义必须和父类完全一致。除了一个特例，如果父类中返回值是一个指针或引用，子类override时可以返回这个指针（或引用）的派生。例如，在上面的例子中，在Base中定义了 virtual Base* clone(); 在Derived中可以定义为 virtual Derived* clone()。可以看到，这种放松对于Clone模式是非常有用的。