面试题：C++ 构造函数非虚声明与对象创建过程的关系

Question

在C++中，详细说明构造函数非虚声明对对象创建过程的影响，包括内存分配、基类和派生类构造函数的调用顺序等方面，同时分析若将构造函数声明为虚函数会带来哪些潜在问题。

Answer 1

1. 构造函数非虚声明对对象创建过程的影响
   • 内存分配：
     • 当创建一个对象时，首先会为该对象分配内存。对于包含继承关系的类层次结构，内存分配遵循一定规则。系统会根据对象的类型（包括基类和派生类部分），在堆（如果使用new动态分配）或栈（如果是局部对象）上分配足够的空间。例如，如果有一个基类Base和一个派生类Derived继承自Base，创建Derived对象时，会为Base部分和Derived新增的成员变量分配连续的内存空间。
   • 基类和派生类构造函数的调用顺序：
     • 先调用基类的构造函数，然后再调用派生类的构造函数。这是因为在派生类对象构造时，其基类部分必须先被初始化。例如：

class Base {
public:
    Base() {
        std::cout << "Base constructor" << std::endl;
    }
};

class Derived : public Base {
public:
    Derived() {
        std::cout << "Derived constructor" << std::endl;
    }
};

int main() {
    Derived d;
    return 0;
}

在上述代码中，创建Derived对象d时，会先输出Base constructor，再输出Derived constructor。

2. 将构造函数声明为虚函数带来的潜在问题
   • 语义问题：虚函数机制是基于对象的动态类型来决定调用哪个函数版本，而在对象构造期间，对象还未完全形成，其动态类型是不完整的。构造函数的主要目的是初始化对象的成员变量，将其声明为虚函数与构造函数的基本职责相冲突。
   • 性能问题：虚函数调用需要通过虚函数表（vtable）来实现，这会增加额外的开销。对于构造函数这种在对象创建时频繁调用的函数，额外的虚函数表查找开销会降低程序的性能。
   • 实现问题：由于构造函数调用顺序的原因，在基类构造时，派生类部分还未初始化。如果基类构造函数是虚函数，并且在基类构造函数中调用了虚函数，那么实际调用的将是基类版本的函数，而不是派生类版本（即使最终创建的是派生类对象），这往往不符合预期的多态行为。例如：

class Base {
public:
    virtual void print() {
        std::cout << "Base print" << std::endl;
    }
    Base() {
        print();
    }
};

class Derived : public Base {
public:
    void print() override {
        std::cout << "Derived print" << std::endl;
    }
    Derived() {}
};

int main() {
    Derived d;
    return 0;
}

在上述代码中，Base构造函数中调用print函数，输出的是Base print，而不是Derived print，这与期望的多态行为不符。