智能指针结合多态可安全管理对象生命周期,需基类定义虚析构函数。使用std::unique_ptr或std::shared_ptr指向派生类对象时,虚函数机制正常工作,speak()调用对应派生类版本。析构时通过虚析构函数确保派生类资源正确释放。示例中vector存储Dog和Cat对象,遍历时自动调用各自speak(),输出Woof!和Meow!。容器销毁时智能指针自动清理对象,无需手动delete,适用于插件系统等场景。
智能指针与多态的结合是现代c++中资源管理和对象生命周期控制的核心技术之一。通过将智能指针(如
std::unique_ptr
或
std::shared_ptr
)与虚函数机制配合使用,可以安全地实现多态行为,同时自动管理派生类对象的销毁。
多态通过智能指针正确触发虚函数
当使用基类指针指向派生类对象时,虚函数机制确保调用的是派生类的重写版本。智能指针作为“指针的封装”,同样支持这一行为,只要其指向的对象具有虚函数接口。
关键在于:基类必须定义虚析构函数,否则通过基类指针删除派生类对象会导致未定义行为。
- 基类析构函数应声明为
virtual
,以确保派生类析构函数被正确调用
- 虚函数表机制在智能指针解引用时依然有效
- 无论是
unique_ptr<Base>
还是
shared_ptr<Base>
,都能正确调用派生类的虚函数
示例:
#include <memory> #include <iostream> struct Animal { virtual ~Animal() = default; virtual void speak() const { std::cout << "Animal soundn"; } }; struct Dog : Animal { void speak() const override { std::cout << "Woof!n"; } }; struct Cat : Animal { void speak() const override { std::cout << "Meow!n"; } }; int main() { std::vector<std::unique_ptr<Animal>> animals; animals.push_back(std::make_unique<Dog>()); animals.push_back(std::make_unique<Cat>()); for (const auto& animal : animals) { animal->speak(); // 正确调用派生类函数 } return 0; }
输出:
Woof! Meow!
智能指针如何保证多态对象的正确销毁
智能指针在析构其所管理的对象时,会自动调用对象的析构函数。由于基类析构函数是虚函数,实际调用的是派生类的析构函数,从而实现完整的资源清理。
这一点在
unique_ptr
和
shared_ptr
中都得到保障。
-
unique_ptr
:删除器会调用虚析构函数,触发完整的析构链
-
shared_ptr
:控制块中的删除器同样支持虚函数机制
- 即使智能指针类型是基类,也能安全释放派生类对象
注意:如果基类没有虚析构函数,即使使用智能指针,也可能导致派生类部分未被销毁。
虚函数在智能指针容器中的表现
将多态对象存入容器时,使用智能指针(尤其是
unique_ptr
)是推荐做法。它既避免了裸指针的风险,又保留了多态性。
常见模式是
std::vector
,用于管理一组具有统一接口但不同实现的对象。
- 容器中保存的是智能指针,对象本身在堆上分配
- 调用虚函数时,动态绑定到实际类型
- 容器销毁时,自动释放所有对象,无需手动
delete
这种模式广泛应用于事件处理器、插件系统、图形对象管理等场景。
基本上就这些。只要基类有虚析构函数,智能指针就能安全地管理多态对象,虚函数调用行为与裸指针完全一致,但更安全、更清晰。