虚析构函数(√)、纯虚析构函数(√)、虚构造函数(X)

一. 虚析构函数

我们知道,为了能够正确的调用对象的析构函数,一般要求具有层次结构的顶级类定义其析构函数为虚函数。因为在delete一个抽象类指针时候,必须要通过虚函数找到真正的析构函数。

如:

这是正确的用法,会发生动态绑定,它会先调用Derived的析构函数,然后是Base的析构函数

如果析构函数不加virtual,delete pb只会执行Base的析构函数,而不是真正的Derived析构函数。因为不是virtual函数,所以调用的函数依赖于指向静态类型,即Base

二. 纯虚析构函数

现在的问题是,我们想把Base做出抽象类,不能直接构造对象,需要在其中定义一个纯虚函数。如果其中没有其他合适的函数,可以把析构函数定义为纯虚的,即将前面的CObject定义改成:

可是,这段代码不能通过编译,通常是link错误,不能找到~Base()的引用(gcc的错误报告)。这是因为,析构函数、构造函数和其他内部函数不一样,在调用时,编译器需要产生一个调用链。也就是,Derived的析构函数里面隐含调用了Base的析构函数。而刚才的代码中,缺少~Base()的函数体,当然会出现错误。

这里面有一个误区,有人认为,virtual f()=0这种纯虚函数语法就是没有定义体的语义。

其实,这是不对的。这种语法只是表明这个函数是一个纯虚函数,因此这个类变成了抽象类,不能产生对象。我们完全可以为纯虚函数指定函数体 (http://www.research.att.com/~bs/bs_faq2.html#pure-virtual)。通常的纯虚函数不需要函数体,是因为我们一般不会调用抽象类的这个函数,只会调用派生类的对应函数。这样,我们就有了一个纯虚析构函数的函数体,上面的代码需要改成:

从语法角度来说,不可以将上面的析构函数直接写入类声明中(内联函数的写法)。这或许是一个不正交化的地方。但是这样做的确显得有点累赘

这个问题看起来有些学术化,因为一般我们完全可以在Base中找到一个更加适合的函数,通过将其定义为没有实现体的纯虚函数,而将整个类定义为抽象类。但这种技术也有一些应用,如这个例子:

在这个例子中,我们试图打印出类的继承关系。在根基类中定义了虚函数Hiberarchy,然后在每个派生类中都重载此函数。我们再一次看到,由于想把Base做成个抽象类,而这个类中没有其他合适的方法成员可以定义为纯虚的,我们还是只好将Hiberarchy定义为纯虚的。(当然,完全可以定义~Base函数,这就和上面的讨论一样了。^_^)

另外,可以看到,在main中有两种调用方法,第一种是普通的方式,进行动态链接,执行虚函数,得到结果”Derived::Hiberarchy”;第二种是指定类的方式,就不再执行虚函数的动态链接过程了,结果是”Base::Hiberarchy”。

通过上面的分析可以看出,定义纯虚函数的真正目的是为了定义抽象类,而并不是函数本身。与之对比,在java中,定义抽象类的语法是 abstract class,也就是在类的一级作指定(当然虚函数还是也要加上abstract关键字)。是不是这种方式更好一些呢?在Stroustrup的《C++语言的设计与演化》中我找到这样一段话:

“我选择的是将个别的函数描述为纯虚的方式,没有采用将完整的类声明定义为抽象的形式,这是因为纯虚函数的概念更加灵活一些。我很看重能够分阶段定义类的能力;也就是说,我发现预先定义一些纯虚函数,并把另外一些留给进一步的派生类去定义也是很有用的”。

我还没有完全理解后一句话,我想从另外一个角度来阐述这个概念。那就是,在一个多层复杂类结构中,中间层次的类应该具体化一些抽象函数,但很可能并不是所有的。中间类没必要知道是否具体化了所有的虚函数,以及其祖先已经具体化了哪些函数,只要关注自己的职责就可以了。也就是说,中间类没必要知道自己是否是一个真正的抽象类,设计者也就不用考虑是否需要在这个中间类的类级别上加上类似abstract的说明了。

当然,一个语言的设计有多种因素,好坏都是各个方面的。这只是一个解释而已。

最后,总结一下关于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。

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。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。
其他,有待补充。

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