Effective C++ 条款07 为多态基类声明virtual析构函数

有许多种做法可以记录时间，因此，设计一个TimeKeeper base class 和一些derived classes作为不同的计时方法，相当合情合理：

class TimeKeeper {
public:
  TimeKeeper();
  ~TimeKeeper();
  ....
};
class AtomicClock: public TimeKeeper { ... };//原子钟
class WaterClock: public TimeKeeper(...};//水钟
class WristWatch: publicTimeKeeper（...};//腕表

许多客户只想在程序中使用时间，不想操心时间如何计算等细节，这时候我们可以设计factory(工厂)函数，返回指针指向一个计时对象。Factory函数会“返回一个base class指针，指向新生成之derived class对象”：

TimeKeeper* getTimeKeeper(); //返回一个指针，指向一个TimeKeeper派生类的动态分配对象

为遵守factory函数的规矩，被getTimeKeeper（）返回的对象必须位于heap。因此为了避免泄漏内存和其他资源，将factory函数返回的每一个对象适当地delete掉很重要：

TimeKeeper* ptk = getTimeKeeper(); //从TimeKeeper继承体系获得一个动态分配对象。
...   // 运用它..
delete ptk; //释放它，避免资源泄漏。

条款13说“倚赖客户执行delete动作，基本上便带有某种错误倾向”，条款18则谈到factory函数接口该如何修改以便预防常见之客户错误，但这些在此都是次要的，因为此条款内我们要对付的是上述代码的一个更根本弱点：纵使客户把每一件事都做对了，仍然没办法知道程序如何行动。

问题出在getTimeKeeper返回的指针指向一个derived class对象(例如AtomicClock)，而那个对象却经由一个base class指针(例如一个TimeKeeper*指针)被删除，而目前的base class(TimeKeeper)有个non-virtual析构函数。

这是一个引来灾难的秘诀，因为C++明白指出，当derived class对象经由一个base class指针被删除，而该base class带着一个non-virtual析构函数，其结果未有定义—实际执行时通常发生的是对象的derived成分没被销毁。如果getTimeKeeper 返回指针指向一个AtomicClock对象，其内的AtomicClock成分(也就是声明于AtomicClockclass内的成员变量)很可能没被销毁，而AtomicClock的析构函数也未能执行起来。然而其base class成分(也就是TimeKeeper这一部分)通常会被销毁，于是造成一个诡异的“局部销毁”对象。这可是形成资源泄漏、败坏之数据结构、在调试器上浪费许多时间的绝佳途径喔。

消除这个问题的做法很简单：给base class一个virtual析构函数。此后删除derived class对象就会如你想要的那般。是的，它会销毁整个对象，包括所有derived class成分：

class TimeKeeper {
public:
  TimeKeeper();
  virtual ~TimeKeeper() ;
  ...
};
TimeKeeper* ptk = getTimeKeeper() ; //现在，行为正确。
delete ptk;

像TimeKeeper这样的base classes除了析构函数之外通常还有其他virtual函数，因为virtual函数的目的是允许derived class的实现得以客制化(见条款34)。例如TimeKeeper就可能拥有一个virtual getCurrentTime，它在不同的derived classes中有不同的实现码。任何class只要带有virtual函数都几乎确定应该也有一个virtual析构函数。

如果class不含virtual函数，通常表示它并不意图被用做一个base class。当class不企图被当作base class，令其析构函数为virtual往往是个主意。考虑一个用来表示二维空间点坐标的class：

class Point  {  //一个二维空间点（2Dpoint）
public:
  Point(int xCoord,int yCoord);
  ~Point();
private:
	int x, yi;
};

如果int占用32bits，那么Point对象可塞入一个64-bit缓存器中。更有甚者，这样一个Point对象可被当做一个“64-bit量”传给以其他语言如C或FORTRAN撰写的函数。然而当Point的析构函数是virtual，形势起了变化。

欲实现出virtual函数，对象必须携带某些信息，主要用来在运行期决定哪一个virtual函数该被调用。这份信息通常是由一个所谓vptr(virtual table pointer)指针指出。vptr指向一个由函数指针构成的数组，称为vtbl(virtual table)；每一个带有virtual函数的class都有一个相应的vtbl。当对象调用某一virtual 函数，实际被调用的函数取决于该对象的vptr所指的那个vtbl-一编译器在其中寻找适当的函数指针。

virtual函数的实现细节不重要。重要的是如果Point class内含virtual函数，其对象的体积会增加：在32-bit计算机体系结构中将占用64bits(为了存放两个ints)至96bits(两个ints加上vptr)：在64-bit计算机体系结构中可能占用64~128bits，因为指针在这样的计算机结构中占64bits。因此，为 Point添加一个vptr会增加其对象大小达50%~100%！Point对象不再能够塞入一个64-bit缓存器，而C++的Point对象也不再和其他语言(如C)内的相同声明有着一样的结构(因为其他语言的对应物并没有vptr)，因此也就不再可能把它传递至(或接受自)其他语言所写的函数，除非你明确补偿vptr——那属于实现细节，也因此不再具有移植性。

因此，无端地将所有classes的析构函数声明为virtual，就像从未声明它们为virtual一样，都是错误的。许多人的心得是：只有当class内含至少一个virtual函数，才为它声明virtual析构函数。

即使class完全不带virtual函数，被“non-virtual析构函数问题”给咬伤还是有可能的。举个例子，标准 string不含任何virtual函数，但有时候程序员会错误地把它当做base class:

class Specialstring:public std::string { //主意！std::string有个
	... //non-virtual析构函数
};

乍看似乎无害，但如果你在程序任意某处无意间将一个pointer-to-SpecialString转换为一个pointer-to-string，然后将转换所得的那个string指针delete掉，你立刻被流放到“行为不明确”的恶地上：

Specialstring* pss = new Specialstring("Impending Doom") ;
std::string* ps;
....
ps = pss; //Specialstring*=>std::string*
....
delete ps; //未有定义！现实中*ps的SpecialString资源会泄漏，因为SpecialString析构函数没被调用。

相同的分析适用于任何不带virtual析构函数的class，包括所有STL容器如vector，list，set，tr1::unorderedmap(见条款54)等等。如果你曾经企图继承一个标准容器或任何其他“带有non-virtual析构函数”的class，拒绝诱惑吧！(很不幸C++没有提供类似Java的final classes或C#的 sealed classes 那样的“禁止派生”机制。)

有时候令class带一个pure virtual析构函数，可能颇为便利。还记得吗，pure virtual函数导致abstract(抽象)classes一一也就是不能被实体化(instantiated)的class。也就是说，你不能为那种类型创建对象。然而有时候你希望拥有抽象class，但手上没有任何pure virtual函数，怎么办？唔，由于抽象class总是企图被当作一个base class来用，而又由于base class应该有个virtual析构函数，并且由于pure virtual函数会导致抽象class，因此解法很简单：为你希望它成为抽象的那个class声明一个pure virtual析构函数。下面是个例子：

class Awov {  //AwOV="Abstract w/oVirtuals"
public:
	virtual~AWov(）= 0; //声明purevirtual析构函数
};

这个class有一个pure virtual函数，所以它是个抽象class，又由于它有个virtual析构函数，所以你不需要担心析构函数的问题。然而这里有个窍门：你必须为这个pure virtual析构函数提供一份定义：

AWOV::~AWOV(){ } //pure virtual析构函数的定义

析构函数的运作方式是，最深层派生(most derived)的那个class其析构函数最先被调用，然后是其每一个base class的析构函数被调用。编译器会在Awov的derived classes的析构函数中创建一个对~AWOV的调用动作，所以你必须为这个函数提供一份定义。如果不这样做，连接器会发出抱怨。

“给base classes一个virtual析构函数”，这个规则只适用于polymorphic(带多态性质的)base classes身上。这种base classes 的设计目的是为了用来“通过base class接口处理derived class对象”。TimeKeeper就是一个polymorphic base class，因为我们希望处理AtomicClock和waterClock对象，纵使我们只有TimeKeeper指针指向它们。

并非所有base classes的设计目的都是为了多态用途。例如标准string和 STL容器都不被设计作为base classes 使用，更别提多态了。某些classes的设计目的是作为base classes 使用，但不是为了多态用途。这样的classes 如条款6的Uncopyable和标准程序库的input_iterator_tag(条款47)，它们并非被设计用来“经由base class接口处置derived class对象”，因此它们不需要virtual析构函数。

请记住

■ polymorphic(带多态性质的)base classes应该声明一个virtual析构函数。如果class带有任何virtual函数，它就应该拥有一个virtual析构函数。

■ Classes 的设计目的如果不是作为base classes 使用，或不是为了具备多态性(polymorphically)，就不该声明virtual析构函数。