虚函数的作用

条款14: 确定基类有虚析构函数

有时，一个类想跟踪它有多少个对象存在。一个简单的方法是创建一个静态类成员来统计对象的个数。这个成员被初始化为0，在构造函数里加1，析构函数里减1。（条款m26里说明了如何把这种方法封装起来以便很容易地添加到任何类中，“my article on counting objects”提供了对这个技术的另外一些改进）

设想在一个军事应用程序里，有一个表示敌人目标的类：

class enemytarget {

public:

enemytarget() { ++numtargets; }

enemytarget(const enemytarget&) { ++numtargets; }

~enemytarget() { --numtargets; }

static size_t numberoftargets()

{ return numtargets; }

virtual bool destroy(); // 摧毁enemytarget对象后

// 返回成功

private:

static size_t numtargets; // 对象计数器

};

// 类的静态成员要在类外定义;

// 缺省初始化为0

size_t enemytarget::numtargets;

这个类不会为你赢得一份政府防御合同，它离国防部的要求相差太远了，但它足以满足我们这儿说明问题的需要。

敌人的坦克是一种特殊的敌人目标，所以会很自然地想到将它抽象为一个以公有继承方式从enemytarget派生出来的类（参见条款35及m33）。因为不但要关心敌人目标的总数，也要关心敌人坦克的总数，所以和基类一样，在派生类里也采用了上面提到的同样的技巧：

class enemytank: public enemytarget {

public:

enemytank() { ++numtanks; }

enemytank(const enemytank& rhs)

: enemytarget(rhs)

{ ++numtanks; }

~enemytank() { --numtanks; }

static size_t numberoftanks()

{ return numtanks; }

virtual bool destroy();

private:

static size_t numtanks; // 坦克对象计数器

};

（写完以上两个类的代码后，你就更能够理解条款m26对这个问题的通用解决方案了。）

最后，假设程序的其他某处用new动态创建了一个enemytank对象，然后用delete 删除掉：

enemytarget *targetptr = new enemytank;

...

delete targetptr;

到此为止所做的一切好象都很正常：两个类在析构函数里都对构造函数所做的操作进行了清除；应用程序也显然没有错误，用new生成的对象在最后也用delete 删除了。然而这里却有很大的问题。程序的行为是不可预测的——无法知道将会发生什么。

c++语言标准关于这个问题的阐述非常清楚：当通过基类的指针去删除派生类的对象，而基类又没有虚析构函数时，结果将是不可确定的。这意味着编译器生成的代码将会做任何它喜欢的事：重新格式化你的硬盘，给你的老板发电子邮件，把你的程序源代码传真给你的对手，无论什么事都可能发生。（实际运行时经常发生的是，派生类的析构函数永远不会被调用。在本例中，这意味着当targetptr 删除时，enemytank的数量值不会改变，那么，敌人坦克的数量就是错的，这对需要高度依赖精确信息的部队来说，会造成什么后果？）

为了避免这个问题，只需要使enemytarget的析构函数为virtual。声明析构函数为虚就会带来你所希望的运行良好的行为：对象内存释放时，enemytank和enemytarget的析构函数都会被调用。

和绝大部分基类一样，现在enemytarget类包含一个虚函数。虚函数的目的是让派生类去定制自己的行为（见条款36），所以几乎所有的基类都包含虚函数。

如果某个类不包含虚函数，那一般是表示它将不作为一个基类来使用。当一个类不准备作为基类使用时，使析构函数为虚一般是个坏主意。请看下面的例子，这个例子基于arm(“the annotated c++ reference manual”)一书的一个专题讨论。

// 一个表示2d点的类

class point {

public:

point(short int xcoord, short int ycoord);

~point();

private:

short int x, y;

};

如果一个short int占16位，一个point对象将刚好适合放进一个32位的寄存器中。另外，一个point对象可以作为一个32位的数据传给用c或fortran等其他语言写的函数中。但如果point的析构函数为虚，情况就会改变。

实现虚函数需要对象附带一些额外信息，以使对象在运行时可以确定该调用哪个虚函数。对大多数编译器来说，这个额外信息的具体形式是一个称为vptr（虚函数表指针）的指针。vptr指向的是一个称为vtbl（虚函数表）的函数指针数组。每个有虚函数的类都附带有一个vtbl。当对一个对象的某个虚函数进行请求调用时，实际被调用的函数是根据指向vtbl的vptr在vtbl里找到相应的函数指针来确定的。

虚函数实现的细节不重要（当然，如果你感兴趣，可以阅读条款m24），重要的是，如果point类包含一个虚函数，它的对象的体积将不知不觉地翻番，从2个16位的short变成了2个16位的short加上一个32位的vptr！point对象再也不能放到一个32位寄存器中去了。而且，c++中的point对象看起来再也不具有和其他语言如c中声明的那样相同的结构了，因为这些语言里没有vptr。所以，用其他语言写的函数来传递point也不再可能了，除非专门去为它们设计vptr，而这本身是实现的细节，会导致代码无法移植。

所以基本的一条是，无故的声明虚析构函数和永远不去声明一样是错误的。实际上，很多人这样总结：当且仅当类里包含至少一个虚函数的时候才去声明虚析构函数。

这是一个很好的准则，大多数情况都适用。但不幸的是，当类里没有虚函数的时候，也会带来非虚析构函数问题。例如，条款13里有个实现用户自定义数组下标上下限的类模板。假设你（不顾条款m33的建议）决定写一个派生类模板来表示某种可以命名的数组(即每个数组有一个名字)。

template // 基类模板

class array { // (来自条款13)