條款14: 確定基類有虛析構(gòu)函數(shù)

有時(shí)，一個(gè)類想跟蹤它有多少個(gè)對(duì)象存在。一個(gè)簡(jiǎn)單的方法是創(chuàng)建一個(gè)靜態(tài)類成員來(lái)統(tǒng)計(jì)對(duì)象的個(gè)數(shù)。這個(gè)成員被初始化為0，在構(gòu)造函數(shù)里加1，析構(gòu)函數(shù)里減1。（條款m26里說(shuō)明了如何把這種方法封裝起來(lái)以便很容易地添加到任何類中，“my article on counting objects”提供了對(duì)這個(gè)技術(shù)的另外一些改進(jìn)）

設(shè)想在一個(gè)軍事應(yīng)用程序里，有一個(gè)表示敵人目標(biāo)的類：

class enemytarget {
public:
? enemytarget() { ++numtargets; }
? enemytarget(const enemytarget&) { ++numtargets; }
? ~enemytarget() { --numtargets; }

? static size_t numberoftargets()
? { return numtargets; }

? virtual bool destroy();?????? // 摧毀enemytarget對(duì)象后
??????????????????????????????? // 返回成功

private:
? static size_t numtargets;???? // 對(duì)象計(jì)數(shù)器
};

// 類的靜態(tài)成員要在類外定義;
// 缺省初始化為0
size_t enemytarget::numtargets;

這個(gè)類不會(huì)為你贏得一份政府防御合同，它離國(guó)防部的要求相差太遠(yuǎn)了，但它足以滿足我們這兒說(shuō)明問(wèn)題的需要。

敵人的坦克是一種特殊的敵人目標(biāo)，所以會(huì)很自然地想到將它抽象為一個(gè)以公有繼承方式從enemytarget派生出來(lái)的類（參見(jiàn)條款35及m33）。因?yàn)椴坏P(guān)心敵人目標(biāo)的總數(shù)，也要關(guān)心敵人坦克的總數(shù)，所以和基類一樣，在派生類里也采用了上面提到的同樣的技巧：

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;???????? // 坦克對(duì)象計(jì)數(shù)器
};

（寫完以上兩個(gè)類的代碼后，你就更能夠理解條款m26對(duì)這個(gè)問(wèn)題的通用解決方案了。）

最后，假設(shè)程序的其他某處用new動(dòng)態(tài)創(chuàng)建了一個(gè)enemytank對(duì)象，然后用delete刪除掉：

enemytarget *targetptr = new enemytank;

...

delete targetptr;

到此為止所做的一切好象都很正常：兩個(gè)類在析構(gòu)函數(shù)里都對(duì)構(gòu)造函數(shù)所做的操作進(jìn)行了清除；應(yīng)用程序也顯然沒(méi)有錯(cuò)誤，用new生成的對(duì)象在最后也用delete刪除了。然而這里卻有很大的問(wèn)題。程序的行為是不可預(yù)測(cè)的——無(wú)法知道將會(huì)發(fā)生什么。

c++語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于這個(gè)問(wèn)題的闡述非常清楚：當(dāng)通過(guò)基類的指針去刪除派生類的對(duì)象，而基類又沒(méi)有虛析構(gòu)函數(shù)時(shí)，結(jié)果將是不可確定的。這意味著編譯器生成的代碼將會(huì)做任何它喜歡的事：重新格式化你的硬盤，給你的老板發(fā)電子郵件，把你的程序源代碼傳真給你的對(duì)手，無(wú)論什么事都可能發(fā)生。（實(shí)際運(yùn)行時(shí)經(jīng)常發(fā)生的是，派生類的析構(gòu)函數(shù)永遠(yuǎn)不會(huì)被調(diào)用。在本例中，這意味著當(dāng)targetptr 刪除時(shí)，enemytank的數(shù)量值不會(huì)改變，那么，敵人坦克的數(shù)量就是錯(cuò)的，這對(duì)需要高度依賴精確信息的部隊(duì)來(lái)說(shuō)，會(huì)造成什么后果？）

為了避免這個(gè)問(wèn)題，只需要使enemytarget的析構(gòu)函數(shù)為virtual。聲明析構(gòu)函數(shù)為虛就會(huì)帶來(lái)你所希望的運(yùn)行良好的行為：對(duì)象內(nèi)存釋放時(shí)，enemytank和enemytarget的析構(gòu)函數(shù)都會(huì)被調(diào)用。

和絕大部分基類一樣，現(xiàn)在enemytarget類包含一個(gè)虛函數(shù)。虛函數(shù)的目的是讓派生類去定制自己的行為（見(jiàn)條款36），所以幾乎所有的基類都包含虛函數(shù)。

如果某個(gè)類不包含虛函數(shù)，那一般是表示它將不作為一個(gè)基類來(lái)使用。當(dāng)一個(gè)類不準(zhǔn)備作為基類使用時(shí)，使析構(gòu)函數(shù)為虛一般是個(gè)壞主意。請(qǐng)看下面的例子，這個(gè)例子基于arm(“the annotated c++ reference manual”)一書的一個(gè)專題討論。

// 一個(gè)表示2d點(diǎn)的類
class point {
public:
? point(short int xcoord, short int ycoord);
? ~point();

private:
? short int x, y;
};

如果一個(gè)short int占16位，一個(gè)point對(duì)象將剛好適合放進(jìn)一個(gè)32位的寄存器中。另外，一個(gè)point對(duì)象可以作為一個(gè)32位的數(shù)據(jù)傳給用c或fortran等其他語(yǔ)言寫的函數(shù)中。但如果point的析構(gòu)函數(shù)為虛，情況就會(huì)改變。

實(shí)現(xiàn)虛函數(shù)需要對(duì)象附帶一些額外信息，以使對(duì)象在運(yùn)行時(shí)可以確定該調(diào)用哪個(gè)虛函數(shù)。對(duì)大多數(shù)編譯器來(lái)說(shuō)，這個(gè)額外信息的具體形式是一個(gè)稱為vptr（虛函數(shù)表指針）的指針。vptr指向的是一個(gè)稱為vtbl（虛函數(shù)表）的函數(shù)指針數(shù)組。每個(gè)有虛函數(shù)的類都附帶有一個(gè)vtbl。當(dāng)對(duì)一個(gè)對(duì)象的某個(gè)虛函數(shù)進(jìn)行請(qǐng)求調(diào)用時(shí)，實(shí)際被調(diào)用的函數(shù)是根據(jù)指向vtbl的vptr在vtbl里找到相應(yīng)的函數(shù)指針來(lái)確定的。

虛函數(shù)實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)不重要（當(dāng)然，如果你感興趣，可以閱讀條款m24），重要的是，如果point類包含一個(gè)虛函數(shù)，它的對(duì)象的體積將不知不覺(jué)地翻番，從2個(gè)16位的short變成了2個(gè)16位的short加上一個(gè)32位的vptr！point對(duì)象再也不能放到一個(gè)32位寄存器中去了。而且，c++中的point對(duì)象看起來(lái)再也不具有和其他語(yǔ)言如c中聲明的那樣相同的結(jié)構(gòu)了，因?yàn)檫@些語(yǔ)言里沒(méi)有vptr。所以，用其他語(yǔ)言寫的函數(shù)來(lái)傳遞point也不再可能了，除非專門去為它們?cè)O(shè)計(jì)vptr，而這本身是實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)，會(huì)導(dǎo)致代碼無(wú)法移植。

所以基本的一條是，無(wú)故的聲明虛析構(gòu)函數(shù)和永遠(yuǎn)不去聲明一樣是錯(cuò)誤的。實(shí)際上，很多人這樣總結(jié)：當(dāng)且僅當(dāng)類里包含至少一個(gè)虛函數(shù)的時(shí)候才去聲明虛析構(gòu)函數(shù)。

這是一個(gè)很好的準(zhǔn)則，大多數(shù)情況都適用。但不幸的是，當(dāng)類里沒(méi)有虛函數(shù)的時(shí)候，也會(huì)帶來(lái)非虛析構(gòu)函數(shù)問(wèn)題。 例如，條款13里有個(gè)實(shí)現(xiàn)用戶自定義數(shù)組下標(biāo)上下限的類模板。假設(shè)你（不顧條款m33的建議）決定寫一個(gè)派生類模板來(lái)表示某種可以命名的數(shù)組(即每個(gè)數(shù)組有一個(gè)名字)。

template<class t>??????????????? // 基類模板
class array {??????????????????? // (來(lái)自條款13)
public:
? array(int lowbound, int highbound);
? ~array();

private:
? vector<t> data;
? size_t size;
? int lbound, hbound;
};

template<class t>
class namedarray: public array<t> {
public:
? namedarray(int lowbound, int highbound, const string& name);
? ...

private:
? string arrayname;
};

如果在應(yīng)用程序的某個(gè)地方你將指向namedarray類型的指針轉(zhuǎn)換成了array類型的指針，然后用delete來(lái)刪除array指針，那你就會(huì)立即掉進(jìn)“不確定行為”的陷阱中。

namedarray<int> *pna =
? new namedarray<int>(10, 20, "impending doom");

array<int> *pa;

...

pa = pna;??????????????? // namedarray<int>* -> array<int>*

...

delete pa;?????????????? // 不確定! 實(shí)際中，pa->arrayname
???????????????????????? // 會(huì)造成泄漏，因?yàn)?pa的namedarray
???????????????????????? // 永遠(yuǎn)不會(huì)被刪除

現(xiàn)實(shí)中，這種情形出現(xiàn)得比你想象的要頻繁。讓一個(gè)現(xiàn)有的類做些什么事，然后從它派生一個(gè)類做和它相同的事，再加上一些特殊的功能，這在現(xiàn)實(shí)中不是不常見(jiàn)。namedarray沒(méi)有重定義array的任何行為——它繼承了array的所有功能而沒(méi)有進(jìn)行任何修改——它只是增加了一些額外的功能。但非虛析構(gòu)函數(shù)的問(wèn)題依然存在（還有其他問(wèn)題，參見(jiàn)m33）

最后，值得指出的是，在某些類里聲明純虛析構(gòu)函數(shù)很方便。純虛函數(shù)將產(chǎn)生抽象類——不能實(shí)例化的類（即不能創(chuàng)建此類型的對(duì)象）。有些時(shí)候，你想使一個(gè)類成為抽象類，但剛好又沒(méi)有任何純虛函數(shù)。怎么辦？因?yàn)槌橄箢愂菧?zhǔn)備被用做基類的，基類必須要有一個(gè)虛析構(gòu)函數(shù)，純虛函數(shù)會(huì)產(chǎn)生抽象類，所以方法很簡(jiǎn)單：在想要成為抽象類的類里聲明一個(gè)純虛析構(gòu)函數(shù)。

這里是一個(gè)例子：

class awov {??????????????? // awov = "abstract w/o
??????????????????????????? // virtuals"
public:
? virtual ~awov() = 0;????? // 聲明一個(gè)純虛析構(gòu)函數(shù)
???????????????????????????
};

這個(gè)類有一個(gè)純虛函數(shù)，所以它是抽象的，而且它有一個(gè)虛析構(gòu)函數(shù)，所以不會(huì)產(chǎn)生析構(gòu)函數(shù)問(wèn)題。但這里還有一件事：必須提供純虛析構(gòu)函數(shù)的定義：

awov::~awov() {}?????????? // 純虛析構(gòu)函數(shù)的定義

這個(gè)定義是必需的，因?yàn)樘撐鰳?gòu)函數(shù)工作的方式是：最底層的派生類的析構(gòu)函數(shù)最先被調(diào)用，然后各個(gè)基類的析構(gòu)函數(shù)被調(diào)用。這就是說(shuō)，即使是抽象類，編譯器也要產(chǎn)生對(duì)~awov的調(diào)用，所以要保證為它提供函數(shù)體。如果不這么做，鏈接器就會(huì)檢測(cè)出來(lái)，最后還是得回去把它添上。

可以在函數(shù)里做任何事，但正如上面的例子一樣，什么事都不做也不是不常見(jiàn)。如果是這種情況，那很自然地會(huì)想到將析構(gòu)函數(shù)聲明為內(nèi)聯(lián)函數(shù)，從而避免對(duì)一個(gè)空函數(shù)的調(diào)用所產(chǎn)生的開銷。這是一個(gè)很好的方法，但有一件事要清楚。

因?yàn)槲鰳?gòu)函數(shù)為虛，它的地址必須進(jìn)入到類的vtbl（見(jiàn)條款m24）。但內(nèi)聯(lián)函數(shù)不是作為獨(dú)立的函數(shù)存在的（這就是“內(nèi)聯(lián)”的意思），所以必須用特殊的方法得到它們的地址。條款33對(duì)此做了全面的介紹，其基本點(diǎn)是：如果聲明虛析構(gòu)函數(shù)為inline，將會(huì)避免調(diào)用它們時(shí)產(chǎn)生的開銷，但編譯器還是必然會(huì)在什么地方產(chǎn)生一個(gè)此函數(shù)的拷貝。