C++中为什么构造函数和析构函数不允许调用虚函数？
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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。
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。
原文地址：https://blog.csdn.net/haokan123456789/article/details/142345485
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