面向对象编程(C++篇3)——析构

类的析构函数执行与构造函数相反的操作,当对象结束其生命周期,程序就会自动执行析构函数:

class ImageEx { public: ImageEx() { cout << "Execute the constructor!" << endl; } ~ImageEx() { cout << "Execute the destructor!" << endl; } }; int main() { ImageEx imageEx; return 0; } 

那么同样的问题来了,为什么要有析构函数呢?

2.1. 对象生命周期

在经典C++中,需要通过new/delete来手动管理动态内存。如果我们在类中申请一个动态数组,并且通过自定义的函数Release()来释放它:

class ImageEx { public: ImageEx() { cout << "Execute the constructor!" << endl; data = new unsigned char[10]; } ~ImageEx() { cout << "Execute the destructor!" << endl; } void Release() { delete[] data; data = nullptr; } private: unsigned char * data; }; int main() { { ImageEx imageEx; imageEx.Release(); } return 0; } 

那么,当类对象离开作用域,结束生命周期之前,就必须显示调用一次成员函数Release(),否则就会造成内存泄漏:对象在调用析构函数之后,只会销毁数据成员data本身,而不是其指向的内存。

那么,一个合理的实现是,将成员函数Release()放入到析构函数:

class ImageEx { public: ImageEx() { cout << "Execute the constructor!" << endl; data = new unsigned char[10]; } ~ImageEx() { Release(); cout << "Execute the destructor!" << endl; } private: unsigned char * data; void Release() { delete[] data; data = nullptr; } }; int main() { { ImageEx imageEx; } return 0; } 

这样,当类对象离开作用域,结束生命周期之前,就自动通过析构函数,实现了动态数组的释放。好处是显而易见的:实现了类似于内置数据类型对象的生命周期管理,我们可以像使用内置数据类型对象一样使用类对象。这也体现了前文《面向对象编程(C++篇1)——引言》中提到的设计原则:类是抽象的自定义数据类型。

2.2. 不一定需要显式析构

在一些现代高级编程语言(C#、Java、Javascript)中,已经不用去手动管理动态内存,取而代之的,是其与操作系统的中间件(.net,jvm,浏览器)的GC(垃圾回收)机制。而在现代C++中,提倡通过智能指针(std::shared_ptr、std::unique_ptr、std::weak_ptr)来管理动态内存;对于动态数组,则使用标准容器std::vector则更好。在两者的内部都实现了前文提到的对象生命周期管理,在离开作用域后,通过析构函数自动释放管理的内存,无需再手动进行回收。

那么,一个显而易见的推论就出来了,如果我们在类中使用智能指针或者vector容器来替代new/delete管理动态内存,是不是就可以不用析构函数了?严格来说,是不用显式使用析构函数:

class ImageEx { public: ImageEx(): data(10) { cout << "Execute the constructor!" << endl; } private: std::vector<unsigned char> data; }; int main() { ImageEx imageEx; return 0; } 

实际上,并不是这个类不存在析构函数,而是编译器会为它生成一个合成的析构函数,在这个析构函数体中,什么也不用做。因为类中的动态内存,已经交由std::vector容器来管理。当类对象离开作用域调用析构函数之后,会销毁这个std::vector容器数据成员,进而触发其析构函数,释放其管理的内存。

2.3. 析构的必要性

根据上一节内容,不一定需要显式析构。因为现代C++的一些机制能够帮你自动管理动态内存。但是析构函数还是必要的,这是由于C++语言本身的性质决定的。作为C语言大部分内容的超集,需要兼容C语言手动管理内存的特性。更重要的是,现代操作系统几乎全部由C语言编写,与底层的交互不可避免的需要手动使用动态内存管理。

所以我们就能理解了,C++这门语言的设计哲学就是就是这样:既想要C语言的高性能,也想要高级语言高度抽象的特性。如果我们必须兼容C语言底层设计,那我们最好使用析构函数释放动态内存;否则多数情况下,我们应该使用智能指针或者stl容器来管理动态内存,从而避免显示使用析构函数。

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