25-4 虚构析构函数、虚构赋值与覆盖虚拟化

虚析构函数

尽管C++会在您未自行提供析构函数时为类提供默认析构函数，但有时您仍需自定义析构函数（尤其当类需要释放内存时）。若涉及继承，务必将析构函数声明为虚函数。请看以下示例：

#include <iostream>
class Base
{
public:
    ~Base() // note: not virtual
    {
        std::cout << "Calling ~Base()\n";
    }
};

class Derived: public Base
{
private:
    int* m_array {};

public:
    Derived(int length)
      : m_array{ new int[length] }
    {
    }

    ~Derived() // note: not virtual (your compiler may warn you about this)
    {
        std::cout << "Calling ~Derived()\n";
        delete[] m_array;
    }
};

int main()
{
    Derived* derived { new Derived(5) };
    Base* base { derived };

    delete base;

    return 0;
}

注意：若编译上述示例，编译器可能会对非虚构造函数发出警告（此为本示例的刻意设计）。您可能需要禁用将警告视为错误的编译器选项才能继续。

由于 base 是 Base 指针，当 base 被删除时，程序会检查 Base 析构函数是否为虚函数。由于它不是虚函数，程序便认为只需调用 Base 析构函数即可。这可从上述示例的输出中得到验证：

（这里注意，将警告视为错误的编译器编译不会有提示，例如非虚警告，有时候放松可能会检查出问题好在有内存泄漏工具兜底)

然而，我们确实希望删除函数能调用派生类的析构函数（该析构函数将依次调用基类的析构函数），否则 m_array 将不会被删除。为此，我们通过将基类的析构函数设为虚函数来实现：

#include <iostream>
class Base
{
public:
    virtual ~Base() // note: virtual
    {
        std::cout << "Calling ~Base()\n";
    }
};

class Derived: public Base
{
private:
    int* m_array {};

public:
    Derived(int length)
      : m_array{ new int[length] }
    {
    }

    virtual ~Derived() // note: virtual
    {
        std::cout << "Calling ~Derived()\n";
        delete[] m_array;
    }
};

int main()
{
    Derived* derived { new Derived(5) };
    Base* base { derived };

    delete base;

    return 0;
}

现在这个程序产生以下结果：

规则：
在处理继承时，应将所有显式析构函数声明为虚函数。

与普通虚成员函数类似，若基类函数为虚函数，则所有派生类的重写函数均会被视为虚函数，无论是否显式声明。无需为派生类创建空析构函数来标记其虚性。

需注意：若需使基类拥有空虚析构函数，可按以下方式定义：

virtual ~Base() = default; // generate a virtual default destructor

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虚拟赋值运算符

赋值运算符可以被声明为虚函数。然而，与虚构造函数始终值得采用的情况不同，赋值运算符的虚化会引发诸多复杂问题，涉及超出本教程范围的高级主题。因此，为保持简洁性，我们建议您暂时保持赋值运算符的非虚属性。

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忽略虚拟化

极少数情况下，您可能需要忽略函数的虚拟化。例如，请看以下代码：

#include <string_view>
class Base
{
public:
    virtual ~Base() = default;
    virtual std::string_view getName() const { return "Base"; }
};

class Derived: public Base
{
public:
    virtual std::string_view getName() const { return "Derived"; }
};

在某些情况下，您可能希望基类指针指向派生对象时调用基类的 getName() 方法而非派生类的 getName() 方法。要实现此功能，只需使用作用域解析运算符：

#include <iostream>
int main()
{
    Derived derived {};
    const Base& base { derived };

    // Calls Base::getName() instead of the virtualized Derived::getName()
    std::cout << base.Base::getName() << '\n';

    return 0;
}

你可能不会经常用到这个功能，但至少知道它存在也是件好事。

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是否应该将所有析构函数设为虚函数？

这是新手程序员常问的问题。如开头示例所示，若基类析构函数未标记为虚函数，当程序员后续删除指向派生对象的基类指针时，程序将面临内存泄漏风险。避免此问题的方案之一是将所有析构函数设为虚函数。但真的应该这样做吗？

简单回答“应该”很轻松——这样就能让任何类都充当基类。但此举会带来性能开销（每个实例都需添加虚拟指针）。因此需权衡成本与设计意图。

我们建议如下：若类未被明确设计为基类，通常不应包含虚成员或虚析构函数，仍可通过组合模式使用该类。若类被设计为基类且/或包含虚函数，则必须始终提供虚析构函数。

若决定使类不可继承，则需考虑如何强制执行。

传统智慧（最初由备受推崇的C++大师Herb Sutter提出）建议通过以下方式避免非虚构造函数导致的内存泄漏：“基类构造函数应为public且虚，或protected且非虚。” 基类若采用受保护的析构函数，则无法通过基类指针进行删除操作，从而阻止了通过基类指针删除派生类对象的可能性。

遗憾的是，此方案也阻断了公共域对基类析构函数的调用。这意味着：

• 我们不应动态分配基类对象，因为缺乏常规删除机制（虽有非常规变通方案，但令人不适）。
• 甚至无法静态分配基类对象，因为当它们作用域结束时无法访问析构函数。

换言之，采用此方法使派生类安全的同时，基类本身几乎无法独立使用。

随着 final 修饰符引入语言，我们的建议如下：

• 若计划让类被继承，请确保析构函数为虚函数且公开。
• 若不允许类被继承，请标记为 final。此举将彻底阻止其他类继承，且不会对该类本身施加任何使用限制。