C++基/抽象类的构造/析构(纯)虚函数


一、析构函数可定义为纯虚函数,但也必须给出函数定义

   Effective C++ 条歀07: 为多态基类声明virtual析构函数(Declare destructors virtual in polymorphic base classes)

  在某些类里声明纯虚析构函数很方便。纯虚函数将产生抽象类——不能实例化的类(即不能创建此类型的对象)。有些时候,你想使一个类成为抽象类,但刚好又没有任何纯虚函数。怎么办?因为抽象类是准备被用做基类的,基类必须要有一个虚析构函数,纯虚函数会产生抽象类,所以方法很简单:在想要成为抽象类的类里声明一个纯虚析构函数。

1 //这里是一个例子:
2 class awov {
3 public:
4     virtual ~awov() = 0;   // 声明一个纯虚析构函数
5 };

  这个类有一个纯虚函数,所以它是抽象的,而且它有一个虚析构函数,所以不会产生析构函数问题。但这里还有一件事:必须提供纯虚析构函数的定义:
  awov::~awov() {  ...  }     // 纯虚析构函数的定义
  这个定义是必需的,因为虚析构函数工作的方式是:最底层的派生类的析构函数最先被调用,然后各个基类的析构函数被调用。这就是说,即使是抽象类,编译器也要产生对~awov的调用,所以要保证为它提供函数体。如果不这么做,链接器就会检测出来,最后还是得回去把它添上。

二、构造函数能否定义为虚函数

  关于C++为什么不支持虚拟构造函数,Bjarne很早以前就在C++Style and Technique FAQ里面做过回答

  Avirtual call is a mechanism to get work done given partialinformation. In particular, "virtual" allows us to call afunction knowing only an interfaces and not the exact type of theobject. To create an object you need complete information. Inparticular, you need to know the exact type of what you want tocreate. Consequently, a "call to a constructor" cannot bevirtual.

  含义大概是这样的:虚函数调用是在部分信息下完成工作的机制,允许我们只知道接口而不知道对象的确切类型。 要创建一个对象,你需要知道对象的完整信息。 特别是,你需要知道你想要创建的确切类型。 因此,构造函数不应该被定义为虚函数。

  从C++之父Bjarne的回答我们应该知道C++为什么不支持构造函数是虚函数了,简单讲就是没有意义。虚函数的作用在于通过子类的指针或引用来调用父类的那个成员函数。而构造函数是在创建对象时自己主动调用的,不可能通过子类的指针或者引用去调用。

  网络上还有一个很普遍的解释是这样的:虚函数相应一个指向vtable虚函数表的指针,但是这个指向vtable的指针事实上是存储在对象的内存空间的。假设构造函数是虚的,就须要通过 vtable来调用,但是对象还没有实例化,也就是内存空间还没有,怎么找vtable呢?所以构造函数不能是虚函数。

  本人对这个观点并不认同,这主要是因为用什么方式实现虚函数是编译器的事情,使用Vtable只是大多数编译器采用的一种手段,并不代表编译器实现不了虚构造函数,编译器之所以不支持虚构造函数主要原因就是没有必要,所以正好这种实现方式也不支持,巧合而已。

三、基础知识

  纯虚函数是一种特殊的虚函数,在许多情况下,在基类中不能对虚函数给出有意义的实现,而把它声明为纯虚函数,它的实现留给该基类的派生类去做。这就是纯虚函数的作用。

  虚函数是C++语言的精髓。含有纯虚函数的类被称为抽象类,不能被实例化生成对象,只能派生。由它派生的类的纯虚函数如果没有被实现,那么,该派生类还是个抽象类。 只有全部实现了纯虚函数的派生类才可以被实例化。

定义一个函数为纯虚函数,一般表示该函数没有被实现。但是,这不代表纯虚函数不能被实现。纯虚函数也是可以定义的。

  虚析构函数是为了让通过基类指针或引用可以正确释放派生类对象。有时候如果想让基类成为一个抽象类,也就是不能被实例化,可以为类引入一个纯虚函数。但如果手上没有任何pure virtual函数时,该怎么办?由于抽象类总是会被作为基类用于派生的,而基类就该有一个虚的析构函数,并且由纯虚函数可以导致抽象类。所以常常把基类的析构函数声明为纯虚析构函数。又由于所有对象析构时,最后都会调用其基类的析构函数,所以基类的析构函数必须有定义。纯虚析构函数也不例外。

  虚函数的一些常见问题:

  1. 虚函数是动态绑定的,也就是说,使用虚函数的指针和引用能够正确找到实际类的对应函数,而不是执行定义类的函数。这是虚函数的基本功能,就不再解释了。
  2. 构造函数不能是虚函数。而且,在构造函数中调用虚函数,实际执行的是父类的对应函数,因为自己还没有构造好, 多态是被disable的。
  3. 析构函数可以是虚函数,而且,在一个复杂类结构中,这往往是必须的。
  4. 将一个函数定义为纯虚函数,实际上是将这个类定义为抽象类,不能实例化对象。
  5. 纯虚函数通常没有定义体,但也完全可以拥有, 甚至可以显示调用。
  6. 析构函数可以是纯虚的,但纯虚析构函数必须有定义体,因为析构函数的调用是在子类中隐含的。
  7. 非纯的虚函数必须有定义体,不然是一个错误。
  8. 派生类的override虚函数定义必须和父类完全一致(C++11中使用override进行编译器检查)。除了一个特例,如果父类中返回值是一个指针或引用,子类override时可以返回这个指针(或引用)的派生。例如,在上面的例子中,在Base中定义了 virtual Base* clone(); 在Derived中可以定义为 virtual Derived* clone()。可以看到,这种放松对于Clone模式是非常有用的(也就是说override并不会检查返回值类型)。


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