C++在面向对象编程中,非虚继承和非虚析构函数的存在是为了解决什么问题? 能否都用虚继承和虚析构函数?
在 C++ 面向对象编程（OOP）的世界里，理解非虚继承和非虚析构函数的存在，以及它们与虚继承和虚析构函数的对比，对于构建健壮、可维护的类层级结构至关重要。这不仅仅是语法上的选择，更是对对象生命周期管理和多态行为的一种深刻设计。
非虚继承：追求性能与简单性的默认选项
当你使用 C++ 的非虚继承（即普通的 `class Derived : public Base` 或 `class Derived : Base`）时，你是在告诉编译器：派生类 `Derived` 拥有 `Base` 类的一个独立副本，并且这个副本是直接嵌入在 `Derived` 对象中的。
解决的问题：
性能考量： 非虚继承是最直接、最简单的继承方式。它避免了虚继承所带来的额外开销，例如虚基表（vtable）的查找和多重继承时基类副本的管理。对于不需要运行时多态性或者可以保证基类副本唯一性的情况，非虚继承是更高效的选择。
内存占用： 非虚继承不会增加额外的内存开销来管理虚基类指针或偏移量，因此在内存敏感的环境下更受欢迎。
简单的“是一种”关系： 当派生类与基类之间是清晰的“是一种”关系，并且你不需要通过基类指针或引用来调用派生类特有的方法时，非虚继承已经足够。例如，一个 `Dog` 继承自 `Animal`，如果所有操作都通过 `Dog` 对象自身进行，那么非虚继承就很合适。
不能都用虚继承和虚析构函数吗？
绝对不行。 如果在所有情况下都强制使用虚继承和虚析构函数，那么：
性能将大幅下降： 即使你只需要一个简单的类，虚继承也会引入虚表，增加了内存占用和函数调用的间接性。
设计意图模糊： 虚继承的核心是为了解决多重继承中“钻石问题”（即一个类同时继承自两个拥有共同基类的类，导致该共同基类出现多个副本）而引入的。如果你的类层级没有钻石问题，强行使用虚继承反而增加了不必要的复杂性。
生命周期管理可能被过度复杂化： 虚析构函数是为了在通过基类指针删除派生类对象时，确保正确的派生类析构函数被调用。如果你的类永远不会通过基类指针删除，那么虚析构函数就没有必要，反而可能引入不必要的开销。
非虚析构函数：强调对象的明确控制与资源释放
非虚析构函数（`~Base()`）的声明方式就是普通的函数声明。当一个对象被销毁时，与它关联的析构函数会被调用。
解决的问题：
明确的生命周期控制： 非虚析构函数意味着你希望对象的销毁过程是直接和明确的。当一个 `Base` 对象被销毁时，只有 `Base` 的析构函数会被调用。
避免意外的多态删除： 如果你有一个 `Base` 指针指向一个 `Derived` 对象，并且 `Base` 的析构函数是非虚的，那么通过 `delete basePtr;` 来删除对象会导致未定义行为（Undefined Behavior）。通常情况下，这只会调用 `Base` 的析构函数，而不会调用 `Derived` 的析构函数，从而可能导致派生类中持有的资源（如动态分配的内存、打开的文件句柄）无法被正确释放。非虚析构函数在设计上就是为了避免这种情况下的“误杀”。
性能（微小）与简单性： 非虚析构函数比虚析构函数少了一个查找虚函数表的步骤，在极致性能敏感的代码中，这微小的性能差异可能被考虑。
不能都用虚继承和虚析构函数？
不能。 如前所述，强制所有类都使用虚析构函数，即使它们从未被通过基类指针删除，也是一种不必要的开销。
资源管理问题： 如果一个类自身不负责管理任何需要通过析构函数释放的资源（例如，它只是一个简单的值对象，或者其成员都是自动管理的对象），那么将它的析构函数设为虚函数是没有意义的。
虚继承与虚析构函数的“使命”
虚继承：解决多重继承的“钻石问题”
想象一下这样的类层级：
```cpp
class Grandfather { / ... / };
class Father : public Grandfather { / ... / };
class Mother : public Grandfather { / ... / };
class Child : public Father, public Mother { / ... / };
```
在这种情况下，`Child` 对象会包含两个 `Grandfather` 的副本，一个来自 `Father`，一个来自 `Mother`。这会导致：
1. 内存浪费： `Grandfather` 的数据成员被重复存储。
2. 歧义： 当你试图访问 `Grandfather` 的成员时，编译器会不知道是哪个副本，因为存在二义性（例如，`childObj.Grandfather::someValue`）。
虚继承通过声明 `class Father : virtual public Grandfather` 和 `class Mother : virtual public Grandfather` 来解决这个问题。它确保在 `Child` 对象中，`Grandfather` 只有一个共享的副本。编译器会使用额外的机制（通常是隐藏的指针或偏移量）来定位这个唯一的 `Grandfather` 实例。
解决的问题：
避免数据副本： 确保共享基类只有一个实例。
消除访问歧义： 允许通过派生类对象直接访问共享基类的成员，没有二义性。
虚析构函数：确保正确的多态删除
在 C++ 中，当通过指向基类的指针删除派生类对象时，如果基类的析构函数不是虚函数，那么只有基类的析构函数会被调用，而派生类的析构函数不会被调用，这会导致资源泄漏。
```cpp
class Base {
public:
// 非虚析构函数
~Base() { std::cout << "Base destructor" << std::endl; }
};
class Derived : public Base {
private:
int data;
public:
Derived() : data(new int(10)) {}
// 非虚析构函数
~Derived() {
std::cout << "Derived destructor" << std::endl;
delete data; // 释放资源
}
};
int main() {
Base ptr = new Derived();
delete ptr; // 问题发生在这里
return 0;
}
```
输出会是：
```
Base destructor
```
`Derived` 的析构函数没有被调用，`data` 指向的内存就没有被释放，造成了内存泄漏。
将 `Base` 的析构函数声明为虚函数：
```cpp
class Base {
public:
// 虚析构函数
virtual ~Base() { std::cout << "Base destructor" << std::endl; }
};
// Derived 类定义不变
```
现在，`delete ptr;` 的输出将是：
```
Derived destructor
Base destructor
```
这是因为虚析构函数会在派生类析构函数被调用之后，再调用基类的析构函数，从而保证了资源的正确释放。
解决的问题：
正确释放派生类资源： 在通过基类指针删除对象时，保证派生类链上的所有析构函数都被按顺序调用。
支持多态删除： 使得对象的销毁行为可以被多态地处理。
总结
非虚继承是默认且高效的继承方式，适用于没有多重继承钻石问题，且不需要通过基类指针访问派生类特定功能的场景。
虚继承是解决多重继承钻石问题的关键，它确保了共享基类只有一个实例，避免了内存浪费和访问歧义，但会带来一定的性能和内存开销。
非虚析构函数在不需要通过基类指针删除对象时是合适的，它保证了析构过程的直接性。
虚析构函数是构建可正确工作的多态类层级的基石，它确保了在通过基类指针删除派生类对象时，派生类的析构函数能够被调用，从而正确地释放资源。
所以，不能在所有情况下都用虚继承和虚析构函数。选择哪种继承和析构函数取决于类设计的目标、类之间的关系以及对象生命周期的管理需求。过度使用虚特性会牺牲性能和增加不必要的复杂性，而缺少必要的虚特性则可能导致资源泄漏和程序错误。理解它们各自解决的问题，才能做出明智的设计决策。
非虚继承：追求性能与简单性的默认选项
当你使用 C++ 的非虚继承（即普通的 `class Derived : public Base` 或 `class Derived : Base`）时，你是在告诉编译器：派生类 `Derived` 拥有 `Base` 类的一个独立副本，并且这个副本是直接嵌入在 `Derived` 对象中的。
解决的问题：
性能考量： 非虚继承是最直接、最简单的继承方式。它避免了虚继承所带来的额外开销，例如虚基表（vtable）的查找和多重继承时基类副本的管理。对于不需要运行时多态性或者可以保证基类副本唯一性的情况，非虚继承是更高效的选择。
内存占用： 非虚继承不会增加额外的内存开销来管理虚基类指针或偏移量，因此在内存敏感的环境下更受欢迎。
简单的“是一种”关系： 当派生类与基类之间是清晰的“是一种”关系，并且你不需要通过基类指针或引用来调用派生类特有的方法时，非虚继承已经足够。例如，一个 `Dog` 继承自 `Animal`，如果所有操作都通过 `Dog` 对象自身进行，那么非虚继承就很合适。
不能都用虚继承和虚析构函数吗？
绝对不行。 如果在所有情况下都强制使用虚继承和虚析构函数，那么：
性能将大幅下降： 即使你只需要一个简单的类，虚继承也会引入虚表，增加了内存占用和函数调用的间接性。
设计意图模糊： 虚继承的核心是为了解决多重继承中“钻石问题”（即一个类同时继承自两个拥有共同基类的类，导致该共同基类出现多个副本）而引入的。如果你的类层级没有钻石问题，强行使用虚继承反而增加了不必要的复杂性。
生命周期管理可能被过度复杂化： 虚析构函数是为了在通过基类指针删除派生类对象时，确保正确的派生类析构函数被调用。如果你的类永远不会通过基类指针删除，那么虚析构函数就没有必要，反而可能引入不必要的开销。
非虚析构函数：强调对象的明确控制与资源释放
非虚析构函数（`~Base()`）的声明方式就是普通的函数声明。当一个对象被销毁时，与它关联的析构函数会被调用。
解决的问题：
明确的生命周期控制： 非虚析构函数意味着你希望对象的销毁过程是直接和明确的。当一个 `Base` 对象被销毁时，只有 `Base` 的析构函数会被调用。
避免意外的多态删除： 如果你有一个 `Base` 指针指向一个 `Derived` 对象，并且 `Base` 的析构函数是非虚的，那么通过 `delete basePtr;` 来删除对象会导致未定义行为（Undefined Behavior）。通常情况下，这只会调用 `Base` 的析构函数，而不会调用 `Derived` 的析构函数，从而可能导致派生类中持有的资源（如动态分配的内存、打开的文件句柄）无法被正确释放。非虚析构函数在设计上就是为了避免这种情况下的“误杀”。
性能（微小）与简单性： 非虚析构函数比虚析构函数少了一个查找虚函数表的步骤，在极致性能敏感的代码中，这微小的性能差异可能被考虑。
不能都用虚继承和虚析构函数？
不能。 如前所述，强制所有类都使用虚析构函数，即使它们从未被通过基类指针删除，也是一种不必要的开销。
资源管理问题： 如果一个类自身不负责管理任何需要通过析构函数释放的资源（例如，它只是一个简单的值对象，或者其成员都是自动管理的对象），那么将它的析构函数设为虚函数是没有意义的。
虚继承与虚析构函数的“使命”
虚继承：解决多重继承的“钻石问题”
想象一下这样的类层级：
```cpp
class Grandfather { / ... / };
class Father : public Grandfather { / ... / };
class Mother : public Grandfather { / ... / };
class Child : public Father, public Mother { / ... / };
```
在这种情况下，`Child` 对象会包含两个 `Grandfather` 的副本，一个来自 `Father`，一个来自 `Mother`。这会导致：
1. 内存浪费： `Grandfather` 的数据成员被重复存储。
2. 歧义： 当你试图访问 `Grandfather` 的成员时，编译器会不知道是哪个副本，因为存在二义性（例如，`childObj.Grandfather::someValue`）。
虚继承通过声明 `class Father : virtual public Grandfather` 和 `class Mother : virtual public Grandfather` 来解决这个问题。它确保在 `Child` 对象中，`Grandfather` 只有一个共享的副本。编译器会使用额外的机制（通常是隐藏的指针或偏移量）来定位这个唯一的 `Grandfather` 实例。
解决的问题：
避免数据副本： 确保共享基类只有一个实例。
消除访问歧义： 允许通过派生类对象直接访问共享基类的成员，没有二义性。
虚析构函数：确保正确的多态删除
在 C++ 中，当通过指向基类的指针删除派生类对象时，如果基类的析构函数不是虚函数，那么只有基类的析构函数会被调用，而派生类的析构函数不会被调用，这会导致资源泄漏。
```cpp
class Base {
public:
// 非虚析构函数
~Base() { std::cout << "Base destructor" << std::endl; }
};
class Derived : public Base {
private:
int data;
public:
Derived() : data(new int(10)) {}
// 非虚析构函数
~Derived() {
std::cout << "Derived destructor" << std::endl;
delete data; // 释放资源
}
};
int main() {
Base ptr = new Derived();
delete ptr; // 问题发生在这里
return 0;
}
```
输出会是：
```
Base destructor
```
`Derived` 的析构函数没有被调用，`data` 指向的内存就没有被释放，造成了内存泄漏。
将 `Base` 的析构函数声明为虚函数：
```cpp
class Base {
public:
// 虚析构函数
virtual ~Base() { std::cout << "Base destructor" << std::endl; }
};
// Derived 类定义不变
```
现在，`delete ptr;` 的输出将是：
```
Derived destructor
Base destructor
```
这是因为虚析构函数会在派生类析构函数被调用之后，再调用基类的析构函数，从而保证了资源的正确释放。
解决的问题：
正确释放派生类资源： 在通过基类指针删除对象时，保证派生类链上的所有析构函数都被按顺序调用。
支持多态删除： 使得对象的销毁行为可以被多态地处理。
总结
非虚继承是默认且高效的继承方式，适用于没有多重继承钻石问题，且不需要通过基类指针访问派生类特定功能的场景。
虚继承是解决多重继承钻石问题的关键，它确保了共享基类只有一个实例，避免了内存浪费和访问歧义，但会带来一定的性能和内存开销。
非虚析构函数在不需要通过基类指针删除对象时是合适的，它保证了析构过程的直接性。
虚析构函数是构建可正确工作的多态类层级的基石，它确保了在通过基类指针删除派生类对象时，派生类的析构函数能够被调用，从而正确地释放资源。
所以，不能在所有情况下都用虚继承和虚析构函数。选择哪种继承和析构函数取决于类设计的目标、类之间的关系以及对象生命周期的管理需求。过度使用虚特性会牺牲性能和增加不必要的复杂性，而缺少必要的虚特性则可能导致资源泄漏和程序错误。理解它们各自解决的问题，才能做出明智的设计决策。
网友意见
不考虑性能的话，当然可以。
一般来说，在大多数情况下，还是推荐用虚析构的。因为它的额外开销不算太大——vptr 一般都会有，所以实际额外开销也就调用时多一次查表。
虚继承就很少用。一来适用场景很少，二来要很可能要增加虚基类表指针和多个虚函数表指针，而且访问虚基类的所有成员及变量，都要增加一次或两次的查表跳转开销。而且还有一点，在这种情况下，因为很多状态是运行时确定的，所以编译器很难做各种编译优化。
总而言之，C/C++ 的哲学是：如果我用不到XX特性，那就不要为此付出额外代价。
所以，在这种哲学下，你的问题应该反过来问：虚继承和虚析构函数的存在是为了解决什么问题? 能否都用非虚继承和非虚析构函数?
如果你接受不了这种哲学，总想着一招鲜吃遍天的话，不妨考虑下php/python之类的语言吧。。。
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