C++ 构造函数、析构函数与虚函数的关系

编译环境：windows 10 + VS2105

1、构造函数不能为虚函数

虚函数的作用是为了实现C++多态机制。基类定义虚函数，子类可以重写该虚函数。当子类重写父类虚函数后，父类指针指向子类地址时，父类指针根据赋给它不同子类的指针，动态调用该子类的该函数，而不是父类的对应函数（当子类没重写该函数时，则调用父类对应的函数）。且这样的函数调用发生在运行阶段，而不是发生的编译阶段，称为动态联编（注意：函数重载也可以认为是多态，只不过是静态的，在编译阶段确定了函数调用方式。非虚函数静态联编效率比虚函数高，但是不具备动态联编能力）。

class A
{
public:
    virtual void fun_1() { std::cout << "A::fun_1" << std::endl; }
    virtual void fun_2() { std::cout << "A::fun_2" << std::endl; }
};
class B :public A
{
public:
    void fun_1() { std::cout << "B::fun_1" << std::endl; }
    //void fun_2() { std::cout << "B::fun_2" << std::endl; }
};

int main()
{
    B b;
    A* obj = &b;
    obj->fun_1(); //输出 "B::fun_1"
    obj->fun_2(); //子类没重写fun_2，所以调用父类的 fun_2 输出"A::fun_2"
    return 0;
}

因此，虚函数是只知道部分信息情况下完成函数调用的机制，允许我们只知道接口而不知道对象的确切类型。但是要创建一个对象，则需要知道对象的一个完整信息。所以不支持构造函数是虚函数。另外，一般情况下，编译器为虚函数维护一个虚函数列表。类在构造时候需要分配内存来构造对象，构造对象没完成时，虚函数表不存在，如果构造函数是虚函数，这个虚函数表并没有创建出来，因此会陷入死锁。编译器会认为此写法不合法。

2、析构函数可以为虚函数

1）析构顺序

派生类的成员类->派生类->基类

2）基类析构函数为非虚函数时，造成内存泄漏。

下列代码造成内存泄漏，原因是直接给编译器一个A指针，编译器直接调用A的析构函数。

class A
{
public:
    ~A() {std::cout << "~A()" << std::endl;}
};
class B :public A
{
public:
    C* c =nullptr;
    B() { c = new C(); }
    ~B()
    {
        delete c;
        std::cout << "~B()" << std::endl;
    }
};

int main()
{
    A* obj = new B();
    delete obj; //输出"~A()"，没调用B的析构函数，有可能造成内存泄漏 （B中 c资源没释放）
    return 0;
}

3）基类析构函数定义成虚函数可避免内存泄漏。

class C{
public:
    ~C() { std::cout << "~C()" << std::endl; }
};
class A
{
public:
    virtual~A() {std::cout << "~A()" << std::endl;}
};
class B :public A
{
public:
    C* c =nullptr;
    B() { c = new C(); }
    ~B()
    {
        delete c;
        std::cout << "~B()" << std::endl;
    }
};

int main()
{    

    A* obj = new B();
    delete obj;
    return 0;
}
/*
输出：
~C()
~B()
~A()
内存正常释放
*/

4）纯虚析构函数

定位为纯虚函数的析构函数称为纯虚析构函数。一般我们把函数设置为纯虚函数时不想这个类实例化，抽象出来的顶层父类，并且这个纯虚函数不能实现。与普通纯虚析构函数区别是不能在类中 = 0之后实现，而需要类外实现。如果不是实现，则编译器会自动加上。同样，编译器仍会对其产生调用。

class C {
public:
    ~C() { std::cout << "~C()" << std::endl; }
};
class A
{
public:
    virtual~A() = 0;
};
A::~A() { std::cout << "~A()" << std::endl; }
class B :public A
{
public:
    C* c = nullptr;
    B() { c = new C(); }
    ~B()
    {
        delete c;
        std::cout << "~B()" << std::endl;
    }
};

int main()
{
    A* obj = new B();
    delete obj;
    return 0;
}

/*
输出：
~C()
~B()
~A()
内存正常释放
*/

与上一段代码效果一样。

5）关于virtual的隐式传播

class A
{
public:
    virtual~A() = 0;
};
A::~A() { std::cout << "~A()" << std::endl; }
class B :public A
{
public:
    ~B()
    {
        std::cout << "~B()" << std::endl;
    }
};
class C:public B {
public:
    ~C() { std::cout << "~C()" << std::endl; }
};
class D:public C {
public:
    ~D() { std::cout << "~D()" << std::endl; }
};

int main()
{
    A* obj = new D();
    delete obj;
    return 0;
}

/*
输出：
~D()
~C()
~B()
~A()
*/

当基类是虚函数，无论子类的相同函数是否加virtual关键字均为虚函数。但是为了方便其他开发人员查阅代码，建议把从继承过来的虚函数都加上virtual关键字。

使用虚函数代表会增加一个指针内存开销。