Item7

作者

条款 7：为多态基类声明 virtual 析构函数

(Item 7: Declare destructors virtual in polymorphic base classes)

1. 核心原则

如果一个类是为了被当作基类（Base Class）使用，并且该类包含虚函数（Virtual Functions），那么它应该拥有一个虚析构函数（Virtual Destructor）。

2. 为什么要这样做？(The Problem)

当你使用基类指针（Base*）指向一个派生类对象（Derived），并对该指针执行 delete 操作时：

  • 如果基类的析构函数不是 virtual 的： C++ 标准规定这种行为是未定义的。通常发生的情况是，只有基类的部分被销毁了，而派生类的部分没有被销毁。

  • 后果： 派生类中成员变量占用的内存不会被释放，派生类的析构函数也不会被调用。这会导致严重的内存泄漏 (Memory Leak) 和资源未释放问题。

3. 代码示例

❌ 错误的做法 (灾难现场):

class TimeKeeper {
public:
    TimeKeeper() {}
    // 错误！非虚析构函数
    ~TimeKeeper() { /* 销毁 TimeKeeper 的资源 */ }
    
    virtual void showTime() { /* ... */ } 
};
​
class AtomicClock : public TimeKeeper {
public:
    ~AtomicClock() { /* 销毁 AtomicClock 特有的复杂资源 */ }
};
​
// 实际使用
TimeKeeper* ptk = new AtomicClock();
​
// ... 使用对象 ...
​
// 灾难发生在这里！
// 因为 ~TimeKeeper 不是 virtual，delete 只会调用 ~TimeKeeper()。
// ~AtomicClock() 永远不会被调用！
delete ptk;

✅ 正确的做法:

class TimeKeeper {
public:
    TimeKeeper() {}
    // 正确！声明为 virtual
    virtual ~TimeKeeper() { /* 销毁 TimeKeeper 的资源 */ }
    
    virtual void showTime() { /* ... */ } 
};
​
// 现在 delete ptk 会先调用 ~AtomicClock()，然后再调用 ~TimeKeeper()。
// 整个对象被完美销毁。

4. 什么时候不该用 Virtual 析构函数？

并非所有类的析构函数都应该是 Virtual 的。

  • 性能成本： 当一个类声明了虚函数（包括虚析构函数）时，编译器会为该类创建一个 vptr (virtual table pointer) 和 vtbl (virtual table)。这会增加对象的体积（通常增加一个指针的大小）。

  • 非基类： 如果一个类（例如 Point 或 std::string）不旨在被继承，或者是为了多态目的而设计，那么将析构函数声明为 virtual 只会无谓地增加内存占用，甚至破坏与 C 语言结构体的兼容性。

切记： 不要继承没有 virtual 析构函数的标准库类（如 std::string, std::vector, std::map 等）。

总结 (Key Takeaways)

  1. 多态基类必须有虚析构函数： 只要类里有至少一个 virtual 函数，你就应该把析构函数也设为 virtual。

  2. 非多态类不要滥用： 如果类不打算作为基类使用，或者不通过基类指针进行操作，不要声明虚析构函数。

  3. 抽象类技巧： 如果你想把一个类变成抽象基类（Abstract Base Class），但又没有合适的纯虚函数，可以将析构函数声明为纯虚析构函数：

    class AWOV { // Abstract Without Other Virtuals
public:
    virtual ~AWOV() = 0; 
};
// 记得要在类外提供定义，否则链接会出错
AWOV::~AWOV() {}

对总结3的补充

1. 为什么要这么做？（目的）

目标： 你想要创建一个抽象基类（Abstract Base Class），使得用户无法实例化它（只能实例化它的派生类）。

问题： 通常，要让一个类变成抽象类，你需要在类中声明至少一个纯虚函数（例如 virtual void draw() = 0;）。但是，有时你的基类只是一个接口或辅助类，并没有其他合适的函数可以设为纯虚函数。

解决方案： 既然没有别的函数可选，那就拿析构函数开刀。将其设为纯虚函数 virtual ~AWOV() = 0;，这个类立刻就变成了抽象类，编译器会禁止创建 AWOV 的实例。

2. 为什么必须在类外提供定义？（核心难点）

这与 C++ 中析构函数的调用机制有关。

普通纯虚函数 vs. 纯虚析构函数

  • 普通纯虚函数： 如果父类有一个 virtual void method() = 0;，子类通常会覆盖（override）它。当调用子类的 method() 时，只会执行子类的代码。父类的那个纯虚函数根本不需要被调用，所以它不需要定义。

  • 析构函数（特殊情况）： 析构函数的调用顺序是从子类到父类（From Derived to Base）。 当你 delete 一个派生类对象时：

    1. 首先执行派生类的析构函数（~Derived()）。

    2. 然后，编译器会自动插入代码，去调用基类的析构函数（~Base()）。

如果你不提供定义会发生什么？

编译器在生成派生类的析构代码时，必须生成一条指令去 call AWOV::~AWOV()。 链接器（Linker）在最后链接程序时，会去寻找 AWOV::~AWOV() 的编译后代码。如果你只写了 = 0 而没有写函数体 {}，链接器找不到目标，就会报错（通常是 Undefined reference to vtable... 或 Unresolved external symbol）。

3. 代码实战演示

#include <iostream>
​
// 1. 声明抽象基类
class AbstractBase {
public:
    // 设为纯虚，强制类成为抽象类
    virtual ~AbstractBase() = 0; 
};
​
// 2. ★★★ 必须提供定义，否则链接报错 ★★★
// 哪怕它是纯虚的，它也必须有函数体，因为子类析构完后必须回调这里。
AbstractBase::~AbstractBase() {
    std::cout << "Base destructor called." << std::endl;
}
​
class Derived : public AbstractBase {
public:
    ~Derived() {
        std::cout << "Derived destructor called." << std::endl;
    }
};
​
int main() {
    // AbstractBase b; // 错误！无法实例化抽象类
    
    AbstractBase* ptr = new Derived();
    delete ptr; // 输出顺序：1. Derived destructor called.  2. Base destructor called.
    
    return 0;
}

4. 总结

这个技巧体现了 C++ 的两个规则的碰撞：

  1. 抽象类规则： 只要有一个纯虚函数，类就是抽象的（不能实例化）。

  2. 析构规则： 派生类析构必须调用基类析构。

一句话总结： 将析构函数设为纯虚是为了阻止基类实例化；而提供函数体是为了满足派生类析构时的回调需求，防止链接错误。

发表评论