C++中的虛解構函式、純虛解構函式詳解

標籤：

C++中解構函式可以為純虛函數嗎?

眾所周知，在實現多態的過程中，一般將基類的解構函式設為virtual，以便在delete的時候能夠多態的鏈式調用。那麼解構函式是否可以設為純虛呢？

class CBase{    public:        CBase()       {            printf("CBase()\n");       }    virtual ~CBase() = 0; // 解構函式是純虛函數};

答案是可以，那麼這樣實現的目的是什麼呢？當然是避免執行個體化。

但因為衍生類別不可能來實現基類的解構函式，所以基類解構函式雖然可以標為純虛，但是仍必須實現解構函式，否則衍生類別無法繼承，也無法編譯通過。

下面詳細討論：

虛解構函式

我們知道，為了能夠正確的調用對象的解構函式，一般要求具有階層的頂級類定義其解構函式為虛函數。因為在delete一個抽象類別指標時候，必須要通過虛函數找到真正的解構函式。

如：

class Base  {      public:          Base(){}          virtual ~Base(){}  };  class Derived: public Base  {      public:          Derived(){};          ~Derived(){};  }  void foo()  {     Base *pb;     pb = new Derived;     delete pb;  } 

這是正確的用法，會發生動態綁定，它會先調用Derived的解構函式，然後是Base的解構函式

如果解構函式不加virtual，delete pb只會執行Base的解構函式，而不是真正的Derived解構函式。

因為不是virtual函數，所以調用的函數依賴於指向靜態類型，即Base。

純虛解構函式

現在的問題是，我們想把Base做出抽象類別，不能直接構造對象，需要在其中定義一個純虛函數。如果其中沒有其他合適的函數，可以把解構函式定義為純虛的，即將前面的CObject定義改成：

class Base  {      public:          Base(){}          virtual ~Base()= 0;  }; 

可是，這段代碼不能通過編譯，通常是link錯誤，不能找到~Base()的引用(gcc的錯誤報表)。

error LNK2019: unresolved external symbol "public: virtual __thiscall Base::~Base(void)" (??1Base@@UAE@XZ) referenced in function "public: virtual __thiscall Derived::~Derived(void)" (??1Derived@@UAE@XZ)1>D:\C++\exercise\Debug\exercise.exe : fatal error LNK1120: 1 unresolved externals

這是因為，解構函式、建構函式和其他內建函式不一樣，在調用時，編譯器需要產生一個調用鏈。也就是，Derived的解構函式裡面隱含調用了Base的解構函式。而剛才的代碼中，缺少～Base()的函數體，當然會出現錯誤。

這裡面有一個誤區，有人認為，virtual f()=0這種純虛函數文法就是沒有定義體的語義。

其實，這是不對的。這種文法只是表明這個函數是一個純虛函數，因此這個類變成了抽象類別，不能產生對象。我們完全可以為純虛函數指定函數體 。通常的純虛函數不需要函數體，是因為我們一般不會調用抽象類別的這個函數，只會調用衍生類別的對應函數。這樣，我們就有了一個純虛解構函式的函數體，上面的代碼需要改成：

class Base  {      public:          Base(){}          virtual ~Base() = 0; //pure virtual  };  Base::~Base()//function body  {  }  

從文法角度來說，不可以將上面的解構函式直接寫入類聲明中（內嵌函式的寫法）。這或許是一個不正交化的地方。但是這樣做的確顯得有點累贅

這個問題看起來有些學術化，因為一般我們完全可以在Base中找到一個更加適合的函數，通過將其定義為沒有實現體的純虛函數，而將整個類定義為抽象類別。但這種技術也有一些應用，如這個例子：

class Base  //abstract class  {      public:          virtual ~Base(){};//virtual, not pure          virtual void Hiberarchy() const = 0;//pure virtual  };  void Base::Hiberarchy() const //pure virtual also can have function body  {     std::cout <<"Base::Hiberarchy";  }  class Derived : public Base  {      public:          Derived(){}          virtual void Hiberarchy() const          {              Base::Hiberarchy();              std::cout <<"Derived::Hiberarchy";          }          virtual void foo(){}  };  int main()  {     Base* pb=new Derived();     pb->Hiberarchy();     pb->Base::Hiberarchy();     return 0;  }   

在這個例子中，我們試圖列印出類的繼承關係。在根基類中定義了虛函數Hiberarchy，然後在每個衍生類別中都重載此函數。我們再一次看到，由於想把Base做成個抽象類別，而這個類中沒有其他合適的方法成員可以定義為純虛的，我們還是只好將Hiberarchy定義為純虛的。（當然，完全可以定義～Base函數，這就和上面的討論一樣了。^_^）

另外，可以看到，在main中有兩種調用方法，第一種是普通的方式，進行動態連結，執行虛函數，得到結果"Derived::Hiberarchy"；第二種是指定類的方式，就不再執行虛函數的動態連結過程了，結果是"Base::Hiberarchy"。

通過上面的分析可以看出，定義純虛函數的真正目的是為了定義抽象類別，而並不是函數本身。與之對比，在java中，定義抽象類別的文法是 abstract class，也就是在類的一級作指定（當然虛函數還是也要加上abstract關鍵字）。是不是這種方式更好一些呢？在Stroustrup的《C++語言的設計與演化》中我找到這樣一段話：

“我選擇的是將個別的函數描述為純虛的方式，沒有採用將完整的類聲明定義為抽象的形式，這是因為純虛函數的概念更加靈活一些。我很看重能夠分階段定義類的能力；也就是說，我發現預先定義一些純虛函數，並把另外一些留給進一步的衍生類別去定義也是很有用的”。

我還沒有完全理解後一句話，我想從另外一個角度來闡述這個概念。那就是，在一個多層複雜類結構中，中介層次的類應該具體化一些抽象函數，但很可能並不是所有的。中間類沒必要知道是否具體化了所有的虛函數，以及其祖先已經具體化了哪些函數，只要關注自己的職責就可以了。也就是說，中間類沒必要知道自己是否是一個真正的抽象類別，設計者也就不用考慮是否需要在這個中間類的類層級上加上類似abstract的說明了。

當然，一個語言的設計有多種因素，好壞都是各個方面的。這隻是一個解釋而已。

最後，總結一下關於虛函數的一些常見問題：

1. 虛函數是動態綁定的，也就是說，使用虛函數的指標和引用能夠正確找到實際類的對應函數，而不是執行定義類的函數。這是虛函數的準系統，就不再解釋了。

2. 建構函式不能是虛函數。而且，在建構函式中調用虛函數，實際執行的是父類的對應函數，因為自己還沒有構造好, 多態是被disable的。

3. 解構函式可以是虛函數，而且，在一個複雜類結構中，這往往是必須的。

4. 將一個函數定義為純虛函數，實際上是將這個類定義為抽象類別，不能執行個體化對象。

5. 純虛函數通常沒有定義體，但也完全可以擁有, 甚至可以顯示調用。

6. 解構函式可以是純虛的，但純虛解構函式必須有定義體，因為解構函式的調用是在子類中隱含的。

7. 非純的虛函數必須有定義體，不然是一個錯誤。

8. 衍生類別的override虛函數定義必須和父類完全一致(c++11中使用override進行編譯器檢查)。除了一個特例，如果父類中傳回值是一個指標或引用，子類override時可以返回這個指標（或引用）的派生。例如，在上面的例子中，在Base中定義了 virtual Base* clone(); 在Derived中可以定義為 virtual Derived* clone()。可以看到，這种放松對於Clone模式是非常有用的(也就是說override並不會檢查傳回值類型)。

C++中的虛解構函式、純虛解構函式詳解