目录

1.引言

2.不要在构造函数中调用虚函数的原因

2.1.对象不完全构造问题

2.2.虚函数表（vtable）尚未初始化

3.不要在析构函数中调用虚函数的原因

4.构造函数中调用虚函数的实际效果

4.1.静态绑定而非动态绑定

4.2.运行时行为分析

5.替代方案

5.1.成员初始化列表

5.2.两阶段构造

5.3.工厂模式

6.总结

1.引言

        在C++编程中，构造函数初始化对象的状态，确保对象在使用前被正确构建。而虚函数则提供了多态性，允许程序在运行时根据实际对象类型调用合适的函数。然而，C++标准明确禁止在构造函数中调用虚函数。这一规定背后有着深刻的原因和逻辑。本文将详细探讨这一问题，解析其背后的机制，并通过代码示例加深理解。

        构造函数

        构造函数是类的成员函数，其名称与类名相同，且在对象创建时自动调用。它的主要任务是初始化对象的成员变量，确保对象处于有效状态。

<code>class Base {

public:

Base() {

// 构造函数的实现

}

};

        虚函数

        虚函数是通过virtual关键字声明的成员函数，允许派生类重写该函数，实现多态性。在运行时，根据对象的实际类型调用合适的函数。

class Base {

public:

virtual void show() {

// 基类的实现

}

};

class Derived : public Base {

public:

void show() override {

// 派生类的实现

}

};

2.不要在构造函数中调用虚函数的原因

2.1.对象不完全构造问题

        在概念上，构造函数的工作是为对象进行初始化。在构造函数完成之前，被构造的对象被认为“未完全生成”。在C++中，对象的构造是一个逐步的过程，从基类到派生类，每个类的构造函数都会按顺序被调用。在这个过程中，对象的完整类型（包括其所有派生类）尚未完全形成。因此，如果构造函数中调用了虚函数，那么由于对象的完整类型尚未确定，编译器无法确定应该调用哪个版本的虚函数（即哪个类的实现）。

2.2.虚函数表（vtable）尚未初始化

        在C++中，多态性通常通过虚函数表（vtable）来实现。每个包含虚函数的类都有一个vtable，它存储了类中所有虚函数的地址。然而，在对象的构造函数执行期间，vtable可能还没有完全初始化。这意味着，如果构造函数尝试调用虚函数，它可能会调用到一个尚未正确设置或尚未指向正确函数实现的地址，从而导致未定义行为。

3.不要在析构函数中调用虚函数的原因

        同样的，在析构函数中调用虚函数，函数的入口地址也是在编译时静态决定的。也就是说，实现的是实调用而非虚调用。

#include <iostream>

using namespace std;

class A{

public:

virtual void show(){

cout<<"in A"<<endl;

}

virtual ~A(){show();}

};

class B:public A{

public:

void show(){

cout<<"in B"<<endl;

}

};

int main(){

A a;

B b;

}

程序输出结果是：

in A

in A

        在类B的对象b退出作用域时，会先调用类B的析构函数，然后调用类A的析构函数，在析构函数~A()中，调用了虚函数show()。从输出结果来看，类A的析构函数对show()调用并没有发生虚调用。

        从概念上说，析构函数是用来销毁一个对象的，在销毁一个对象时，先调用该对象所属类的析构函数，然后再调用其基类的析构函数，所以，在调用基类的析构函数时，派生类对象的“善后”工作已经完成了，这个时候再调用在派生类中定义的函数版本已经没有意义了。

        因此，一般情况下，应该避免在构造函数和析构函数中调用虚函数，如果一定要这样做，程序猿必须清楚，这是对虚函数的调用其实是实调用。

4.构造函数中调用虚函数的实际效果

4.1.静态绑定而非动态绑定

        即使在构造函数中调用了虚函数，编译器也会进行静态绑定，调用的是基类的函数实现，而不是动态绑定到派生类的实现。例如： 

4.2.运行时行为分析

        通过反汇编或调试工具，我们可以观察到在构造函数中调用虚函数时，编译器实际上直接调用了基类的函数，没有进行虚函数表的查找和动态绑定。

5.替代方案

5.1.成员初始化列表

        在构造函数中，尽量使用成员初始化列表来初始化成员变量，避免在构造函数体中执行复杂的逻辑。

class Base {

public:

Base(int value) : member(value) {

// 构造函数体尽量简洁

}

virtual void show() = 0; // 纯虚函数

private:

int member;

};

class Derived : public Base {

public:

Derived(int value) : Base(value) {

// Derived特定的初始化

}

void show() override {

std::cout << "Derived show with member: " << member << std::endl;

}

private:

int member; // 假设Derived也有一个同名成员

};

5.2.两阶段构造

        从设计原则的角度来看，构造函数应该专注于初始化对象的状态，而不是执行依赖于对象类型的复杂逻辑。如果需要在对象构造后根据对象类型执行不同的操作，应该将这些操作放在构造函数之外的其他成员函数（如初始化函数或设置函数）中，并通过虚函数来实现多态性。

class Base {

public:

Base() {

// 基础初始化

}

virtual void initialize() {

show();

}

virtual void show() {

std::cout << "Base show" << std::endl;

}

};

class Derived : public Base {

public:

Derived() {

// Derived特定的初始化可以放在这里，但最好还是在initialize中

}

void initialize() override {

show();

}

void show() override {

std::cout << "Derived show" << std::endl;

}

};

int main() {

Base* b = new Derived();

b->initialize(); // 调用initialize实现多态

delete b;

return 0;

}

5.3.工厂模式

        使用工厂模式创建对象，并在工厂函数中进行必要的初始化，确保对象在使用前已经完全构造和初始化。

class Base {

public:

virtual void show() = 0;

static Base* create(); // 工厂函数

};

class Derived : public Base {

public:

void show() override {

std::cout << "Derived show" << std::endl;

}

};

Base* Base::create() {

Base* b = new Derived();

// 可以在这里进行额外的初始化

return b;

}

int main() {

Base* b = Base::create();

b->show();

delete b;

return 0;

}

6.总结

        在C++中，构造函数不允许调用虚函数，这一规定是基于对象构造过程的安全性和一致性考虑。在对象未完全构造时调用虚函数，可能引发未定义行为，破坏程序的正确性。因此，我们应遵循这一规定，通过成员初始化列表、两阶段构造、工厂模式等替代方案，确保对象的正确初始化和多态行为的实现。