面试题：C++ 构造函数与普通函数在多态性表现上的区别

Question

在 C++ 中，多态是一个重要特性。请详细分析构造函数与普通函数在多态性方面的表现有何不同，包括虚函数机制在两者上的应用差异，结合代码示例解释原因。

Answer 1

1. 构造函数与多态性

• 构造函数不能是虚函数：
  • 在 C++ 中，构造函数不能声明为虚函数。原因在于，虚函数的调用依赖于虚函数表指针（vptr），而这个指针是在对象构造过程中被初始化的。在构造函数执行时，对象还未完全构建好，虚函数表指针尚未正确初始化，所以无法实现基于虚函数表的多态调用。
  • 例如：

class Base {
public:
    // 这里尝试将构造函数声明为虚函数是错误的，会导致编译错误
    // virtual Base() {}
    Base() {
        std::cout << "Base constructor" << std::endl;
    }
};

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

• 构造函数调用顺序与多态无关：
  • 在创建派生类对象时，首先调用基类构造函数，然后调用派生类构造函数。这个调用顺序是固定的，不依赖于对象的实际类型，不会体现多态性。比如：

Derived d;
// 输出：
// Base constructor
// Derived constructor

2. 普通函数与多态性

• 普通函数默认非多态：
  • 普通成员函数如果不声明为虚函数，调用时根据对象的静态类型决定。例如：

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

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

int main() {
    Base* basePtr = new Derived();
    basePtr->nonVirtualFunc(); // 输出：Base::nonVirtualFunc
    delete basePtr;
    return 0;
}

• 虚函数实现多态：
  • 当普通成员函数声明为虚函数时，会根据对象的动态类型（实际指向的对象类型）来决定调用哪个函数版本，实现多态。例如：

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

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

int main() {
    Base* basePtr = new Derived();
    basePtr->virtualFunc(); // 输出：Derived::virtualFunc
    delete basePtr;
    return 0;
}

在上述代码中，通过将 virtualFunc 声明为虚函数，basePtr 虽然是 Base* 类型，但实际指向 Derived 对象，调用 virtualFunc 时会调用 Derived 类中的版本，体现了多态性。而普通非虚函数 nonVirtualFunc 则根据指针的静态类型（Base*）调用 Base 类中的版本。