眾所周知,在實現多態的過程中,一般將基類的析構函數設為virtual
,以便在delete
的時候能夠多態的鏈式調用。那麼析構函數是否可以設為純虛呢?
class CBase
{
public:
CBase()
{
printf("CBase()\n");
}
virtual ~CBase() = 0; // 析構函數是純虛函數
};
答案是可以,那麼這樣實現的目的是什麼呢?當然是避免實例化。
但因為派生類不可能來實現基類的析構函數,所以基類析構函數雖然可以標為純虛,但是仍必須實現析構函數,否則派生類無法繼承,也無法編譯通過。
下面詳細討論:
我們知道,為了能夠正確的調用對象的析構函數,一般要求具有層次結構的頂級類定義其析構函數為虛函數。因為在delete
一個抽象類指針時候,必須要通過虛函數找到真正的析構函數。
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
的析構函數,然後是Base
的析構函數
如果析構函數不加virtual
,delete pb
只會執行Base
的析構函數,而不是真正的Derived
析構函數。
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
。
現在的問題是,我們想把Base
做出抽象類,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,可以把析構函數定義為純虛的,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
的錯誤報告)。
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,析構函數、構造函數和其他內部函數不一樣,在調用時,編譯器需要產生一個調用鏈。也就是,Derived
的析構函數裡面隱含調用了Base
的析構函數。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
這種純虛函數語法就是沒有定義體的語義。
其實,這是不對的。這種語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,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的這個函數,只會調用派生類的對應函數。這樣,我們就有了一個純虛析構函數的函數體,上面的代碼需要改成:
class Base
{
public:
Base(){}
virtual ~Base() = 0; //pure virtual
};
Base::~Base()//function body
{
}
從語法角度來說,不可以將上面的析構函數直接寫入類聲明中(內聯函數的寫法)。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。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,我們試圖打印出類的繼承關系。在根基類中定義了虛函數Hiberarchy
,然後在每個派生類中都重載此函數。我們再一次看到,由於想把Base
做成個抽象類,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,進行動態鏈接,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鏈接過程了,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,而並不是函數本身。與之對比,在java
中,定義抽象類的語法是 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,沒有采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派生類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,在一個多層復雜類結構中,中間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,設計者也就不用考慮是否需要在這個中間類的類級別上加上類似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。這只是一個解釋而已。
虛函數是動態綁定的,也就是說,使用虛函數的指針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。這是虛函數的基本功能,就不再解釋了。
構造函數不能是虛函數。而且,在構造函數中調用虛函數,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。
析構函數可以是虛函數,而且,在一個復雜類結構中,這往往是必須的。
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,不能實例化對象。
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。
析構函數可以是純虛的,但純虛析構函數必須有定義體,因為析構函數的調用是在子類中隱含的。
非純的虛函數必須有定義體,不然是一個錯誤。
派生類的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,如果父類中返回值是一個指針或引用,子類override
時可以返回這個指針(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,這種放松對於Clone
模式是非常有用的(也就是說override
並不會檢查返回值類型)。