Effective c++学习笔记——条款07:为多态基类声明virtual析构函数

最新推荐文章于 2024-06-03 14:23:01 发布

jackytse_

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分类专栏： effective c++ c/c++ 文章标签： c++ class string 数据结构 leak null

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本文探讨了C++中虚函数与虚析构函数的重要性，包括如何避免内存泄漏、虚函数的工作原理以及纯虚函数的实现。强调了在多态基类中声明虚析构函数的必要性。

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Declare destructors virtual in polymorphic base classes

1、为什么要申明虚函数

C++程序设计中通常会存在一个基类有多个派生类型，而基类中的存在的大都是纯虚函数，需要派生类型实现。而这样的情况下，通过使用factory模式返回一个基类型的指针。在C++中明确指出，一个派生类型经过由一个基类型指针被删除，而该基类型带着一个non-virtual析构函数其结果未定义。只会造成一个局部的销毁，即基类型资源被释放，而派生类型造成memory leak，看下面的代码：

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// Virtual_Const.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//
#include "stdafx.h"
#include <iostream>
using namespace std;
class Base{
public:
Base(){}
~Base(){ cout<<"~Base()"<<endl;}不带virtual时输出的结果请看图一
//virtual ~Base(){ cout<<"~Base()"<<endl;}正确的做法带virtual时输出的结果请看图二
};
class Derived:public Base{
public:
Derived()
{
p=(char*)malloc(sizeof(char)*10);
}
~Derived()
{
free(p);
cout<<"~Derived()"<<endl;
}
private:
char *p;
};
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
Base *ptr=new Derived();
if (ptr==NULL)
{
cout<<"未分配成功"<<endl;
exit(1);
}
delete ptr;
return 0;
}

图一：不带virtual时输出结果：

图二：带virtual时输出结果：

以上代码和输出结果可以看出，Derived类继承了Base类，并且在heap上申请了内存资源，在它的析构函数中被释放。但由于Base的析构函数是non-virtual，所以根本没有正确释放Derived类型中的ptr 指针。

2、virtual 函数实现内部机制



         polymorphic(带多态性质的)base classes应该声明一个virtual析构函数。如果class带有任何virtual函数，它就应该拥有一个virtual析构函数。Classes的设计目的如果不是作为base classes使用，或不是为了具备多态性(polymorphically)，就不应该声明virtual析构函数。那么是不是所有的class都加上virtual析构函数以保万一，事实不是如此。如果没有必要，请不要为析构函数加上virtual二字。原因是virtual是有代价的，为了实现virtual函数，类中间必须要增加一个pointer指向虚函数表，这样增大了类的体积。所以没有必要的话，还是不要随意声明virtual的析构函数。普遍的规则是只有当类当中有virtual的函数时，析构函数才声明为virtual。也就是说这个基类是有多态性质（polymorphic）的。

        虚函数的实现需要它所在的对象包含额外的信息，这一信息用来在运行时确定本对象需要调用哪个虚函数。通常，这一信息采取一个指针的形式，这个指针被称为“ vptr ”（“虚函数表指针”）。 vptr 指向一个包含函数指针的数组，这一数组称为“ vtbl ”（“虚函数表”），每个包含虚函数的类都有一个与之相关的 vtbl 。当一个虚函数被一个对象调用时，就用到了该对象的 vptr 所指向的 vtbl ，在 vtbl 中查找一个合适的函数指针，然后调用相应的实函数。

请看如下代码，就知道声明virtual函数是要浪费系统资源的。

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// sev_vir.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//
#include "stdafx.h"
#include <iostream>
using namespace std;
class class1{};
class class2
{
public:
virtual ~ class2();
};
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    cout<<sizeof(class1)<<endl;
    cout<<sizeof(class2)<<endl;
    return 0;
}

// sev_vir.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。 // #include "stdafx.h" #include <iostream> using namespace std; class class1{}; class class2 { public: virtual ~ class2(); }; int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]) { cout<<sizeof(class1)<<endl; cout<<sizeof(class2)<<endl; return 0; }

3、请注意

       不过还有一个问题，那就是继承那些不带virtual函数的标准类库的类，比如string类。如果你继承了string类，那么当你使用string的指针释放你的继承类的话，依然存在上面描述的问题，你的继承类没有释放它该释放的空间。因为string没有virtual的析构函数。所以请不要去继承这些并没有virtual析构函数的类。

        还有就是STL中的容器通常继承都毫无意义，因为它们也都没有提供virtual析构函数。C++并没有提供像JAVA或者C#的final和sealed这样的约束关键字来禁止某个类型被继承。并不是每个类型都会被用来做继承用途，也不是每个类型设计出来被用来做为多态用途，所以正确的设计相当重要。

4、纯虚函数实现

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// Pure_vir.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//
#include "stdafx.h"
#include <iostream>
using namespace std;
class Base //abstract class
{
public:
    virtual ~Base(){};//virtual, not pure
    virtual void func() const = 0;//pure virtual

};
void Base::func() const //pure virtual also can have function body
{
    cout <<"Base::func"<<endl;
}
class Derived : public Base
{
public:
    Derived(){}
    virtual void func() const
    {
        Base::func();
        cout <<"Derived::func"<<endl;
    }
    virtual void foo(){}
};
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    Base* pb=new Derived();
    pb->func();
    pb->Base::func();
    return 0;
}

// Pure_vir.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。 // #include "stdafx.h" #include <iostream> using namespace std; class Base //abstract class { public: virtual ~Base(){};//virtual, not pure virtual void func() const = 0;//pure virtual }; void Base::func() const //pure virtual also can have function body { cout <<"Base::func"<<endl; } class Derived : public Base { public: Derived(){} virtual void func() const { Base::func(); cout <<"Derived::func"<<endl; } virtual void foo(){} }; int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]) { Base* pb=new Derived(); pb->func(); pb->Base::func(); return 0; }

从生成的结果我们可以看到有纯虚函数的类是抽象类，不能生成对象，只能派生。

        如果他派生的类的纯虚函数没有被改写，那么，它的派生类还是个抽象类。定义纯虚函数就是为了让基类不可实例化化, 因为实例化这样的抽象数据结构本身并没有意义。或者给出实现也没有意义实际上我个人认为纯虚函数的引入 ,为了安全.因为避免任何需要明确但是因为不小心而导致的未知的结果，提醒子类去做应做的实现.。

请记住：

1、polymorphic(带多态性质的) base classes应该声明一个virtual 析构函数。如果class带有任何virtual函数，它就应该拥有一个virtual析构函数。

2、Classes的设计目的如果不是作为base classes使用，或不是为了具备多态性质(polymorphically)，就不该声明virtual析构函数。