Declare destructors virtual in polymorphic base classes.
 
  • [原理]
C++指出,当derived class对象经由一个由base class类型的指针删除时,如果这个base class 拥有一个non-virtual的析构函数,那个析构的结果将是未定义的。即通常情况下是该对象的base class成分会被析构掉,但是其derived class成分没有被销毁,甚至连derived class的析构函数也不会被调用。
于是形成一个被“局部销毁”的对象,造成资源泄漏。
 
  • [示例]
例如:
class car
{
public:
car();
~car();
...
}; class diesel_car : public car {…};
class solar_car: public car {…};
class electric_car : public car {…};
当客户代码中使用汽车对象时,如果他不关心使用的是具体哪一类汽车这个细节,那么我们可以设计一个工厂函数(或者工厂类)负责创建一个汽车对象,该工厂函数返回一个base class指针或者引用,指向新生成的derived class对象:
car* get_car();

为遵守工厂函数的规矩,返回的对象必须位于heap(否则函数返回的指针在函数返回后将指向一个非法的位置,因为位于stack的对象的生命周期为函数域),因此为了避免内存泄漏,需要客户代码将工厂函数返回的对象适当地delete掉:

car* p_car = get_car();      // 从car继承体系中获得一个动态分配对象
… // 使用这个对象
delete p_car; // 释放这个对象以避免内存泄漏

首先需要说明,上述做法已经存在两个缺陷:

1.依赖客户代码执行delete操作,带有错误倾向,客户可能会忘记做这件事。
2.工厂函数结构应该考虑预防常见的客户代码错误。
 
但是最根本的弱点在于:客户代码根本无法将返回的derived class对象彻底销毁。
 
简单的做法便是:为base class定义一个virtual析构函数。此后删除derived class对象就会销毁这个对象,包括所有的derived class成分。
class car
{
public:
car();
virtual ~car();
...
};
  • [引申1]
当一个类需要被用作多态(Polymorphism)时,就应该为该类声明一个virtual析构函数,即任何class只要带有virtual函数都几乎确定应该也有一个virtual析构函数。
 
但是,如果class没有virtual函数,即不被用作多态用途,通常意味着它并不意图被用作一个base class(除了某些特殊情况,如noncopyable类)。当class不被用作base class时,最好不要为其定义一个析构函数。
因为C++中将函数定义为virtual是有代价的,这个代价就是虚表指针virtual table pointer。
 
欲实现virtual函数,对象必须携带某种信息,用于在运行期决定调用哪一个virtual函数。这份信息通常是由一个所谓的vptr(virtual table pointer)指针指出。vptr指向一个有函数指针构成的数组,成为vtbl(virtual table);每一个带有virtual函数的class都有一个相应的vtbl。当对对象调用某一virtual函数,是及被调用的函数取决于该对象的vptr所指向的那个vtbl——编译器在其中寻找适当的函数指针。
 
因此,每一个定义了virtual函数的class的对象都包含一个vptr。这样一来,对象的体积会因为virtual函数的存在而增加。
 
例如:
class point
{
public:
point(int coord_x, int coord_y);
~point();
private:
int x, y;
};
32位系统中,int类型占32bits,因此point对象一共占64bits,可以被塞入一个64bit缓存器中,甚至可以被当作一个“64bit 量”传给其他语言如C活着FORTRAN编写的函数。
但是如果point内含析构函数时,point对象占用的空间将是96bits,(2个ints加1个vptr)。对象体积从64bits增加到96bits。
而在64bit计算机体系结构中,point对象将占用128bits(因为指针类型占用64bits)。对象体积从64bits增加到128bits。
 
这样的对象将无法被塞入一个64-bit缓存器中,而C++的point对象也不再和其他语言(如C)内的相同声明有着一样的结构,因此也就无法将其传递到其他语言编写的函数中,因此不再有移植性。
因此,将不用作多态用途的class的析构函数声明为virtual是不合理的。只有当class内至少含有一个virtual函数时才应该将其析构函数声明为virtual。
 
  • [引申2]
不要试图继承任何带有non-virtual析构函数的类,包括所有STL容器如vector,list, set, unordered_map, string等等。因为这会导致资源泄漏!
不幸的是C++中没有提供类似java的final classes或者c#中的sealed classes那样的“禁止派生”机制。
 
  • [引申3]
当希望将一个class定义为抽象class(pure virtual class),但有没有任何pure virtual函数时,为这个class声明一个pure virtual析构函数是很便利的。
class abstract_class
{
public:
virtual ~abstract_class() = ;
};
但是要注意:必须为这个pure virtual析构函数提供一份定义:
abstract_class::~abstract_class(){}
 
因为析构函数的运作方式是:最深层派生(most derived)的那个class的析构函数最先被调用,然后是其每一个base class的析构函数被调用。编译器会在 abstract_class的derived classes中创建一个对~abstract_class的调用动作,所以必须为~abstract_class提供定义,否则链接器会报错。
 
  • [总结]
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,就应该为其声明一个virtual析构函数。因为这样的base class设计出来的目的就是用来“通过base class 接口处理derived class对象”。
2.有些class原本就不是设计作为base class使用,或者就算是作为base class 也不具备多态性,这样的class就不应该声明为virtual析构函数。
 
  • [补充]
默认生成的析构函数是public且non-virtual的。
 

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