C++箴言：多态基类中将析构函数声明为虚拟

C++箴言：多态基类中将析构函数声明为虚拟

有很多方法可以跟踪时间的轨迹，所以有必要建立一个 TimeKeeper 基类，并为不同的计时方法建立派生类：

class TimeKeeper {

public:

TimeKeeper();

~TimeKeeper();

...

};

class AtomicClock: public TimeKeeper { ... };

class WaterClock: public TimeKeeper { ... };

class WristWatch: public TimeKeeper { ... };

很多客户只是想简单地取得时间而不关心如何计算的细节，所以一个 factory 函数--返回一个指向新建派生类对象的基类指针的函数--被用来返回一个指向计时对象的指针：TimeKeeper* getTimeKeeper(); // returns a pointer to a dynamic-

// ally allocated object of a class

// derived from TimeKeeper

按照 factory 函数的惯例，getTimeKeeper 返回的对象是建立在堆上的，所以为了避免泄漏内存和其他资源，最重要的就是要让每一个返回的对象都可以被完全删除。

TimeKeeper *ptk = getTimeKeeper(); // get dynamically allocated object

// from TimeKeeper hierarchy

... // use it

delete ptk; // release it to avoid resource leak

现在我们精力集中于上面的代码中一个更基本的缺陷：即使客户做对了每一件事，也无法预知程序将如何运转。

问题在于 getTimeKeeper 返回一个指向派生类对象的指针（比如 AtomicClock），那个对象通过一个基类指针（也就是一个 TimeKeeper* 指针）被删除，而且这个基类

（TimeKeeper）有一个非虚的析构函数。祸端就在这里，因为 C++ 指出：当一个派生类对象通过使用一个基类指针删除，而这个基类有一个非虚的析构函数，则结果是未定义的。运行时比较有代表性的后果是对象的派生部分不会被销毁。如果 getTimeKeeper 返回一个指向AtomicClock 对象的指针，则对象的 AtomicClock 部分（也就是在 AtomicClock 类中声明的数据成员）很可能不会被销毁，AtomicClock 的析构函数也不会运行。然而，基类部分（也就是 TimeKeeper 部分）很可能已被销毁，这就导致了一个古怪的"部分析构"对象。这是一个泄漏资源，破坏数据结构以及消耗大量调试时间的绝妙方法。排除这个问题非常简单：给基类一个虚析构函数。于是，删除一个派生类对象的时候就有了你所期望的正确行为。将销毁整个对象，包括全部的派生类部分：

class TimeKeeper {

public:

TimeKeeper();

virtual ~TimeKeeper();

...

};

TimeKeeper *ptk = getTimeKeeper();

...

delete ptk; // now behaves correctly

类似 TimeKeeper 的基类一般都包含除了析构函数以外的其它虚函数，因为虚函数的目的就是允许派生类定制实现（参见 Item 34）。例如，TimeKeeper 可能有一个虚函数getCurrentTime，在各种不同的派生类中有不同的实现。几乎所有拥有虚函数的类差不多都应该有虚析构函数。

如果一个类不包含虚函数，这经常预示不打算将它作为基类使用。当一个类不打算作为基类时，将析构函数声明为虚拟通常是个坏主意。考虑一个表现二维空间中的点的类：class Point { // a 2D point

public:

Point(int xCoord, int yCoord);

~Point();

private:

int x, y;

};

如果一个 int 占 32 位，一个 Point 对象正好适用于 64 位的寄存器。而且，这样一个 Point 对象可以被作为一个 64 位的量传递给其它语言写的函数，比如 C 或者FORTRAN。如果 Point 的析构函数是虚拟的，情况就完全不一样了。

虚函数的实现要求对象携带额外的信息，这些信息用于在运行时确定该对象应该调用哪一个虚函数。典型情况下，这一信息具有一种被称为 vptr（virtual table pointer，虚函数表指针）的指针的形式。vptr 指向一个被称为 vtbl（virtual table，虚函数表）的函数指针数组，每一个包含虚函数的类都关联到 vtbl。当一个对象调用了虚函数，实际的被调用函数通过下面的步骤确定：找到对象的 vptr 指向的 vtbl，然后在 vtbl 中寻找合适的函数指针。

虚函数如何被实现的细节是不重要的。重要的是如果 Point 类包含一个虚函数，这个类型的对象的大小就会增加。在一个 32 位架构中，它们将从 64 位（相当于两个 int）长到 96 位（两个 int 加上 vptr）；在一个 64 位架构中，他们可能从 64 位长到 128 位，因为在这样的架构中指针的大小是 64 位的。为 Point 加上 vptr 将会使它的大小增长50-100%！Point 对象不再适合 64 位寄存器。而且，Point 对象在 C++ 和其他语言（比如 C）中，看起来不再具有相同的结构，因为其它语言缺乏 vptr 的对应物。结果，Points 不再可能传入其它语言写成的函数或从其中传出，除非你为 vptr 做出明确的对应，而这是它自己的实现细节并因此失去可移植性。