面试题：C++中构造函数非虚特性在继承体系中的体现

Question

请描述在C++继承体系中，构造函数的非虚特性是如何影响对象的创建过程的？举例说明，并解释为什么构造函数不能是虚函数。

Answer 1

1. 构造函数非虚特性对对象创建过程的影响
   • 在C++继承体系中，构造函数是非虚的。这意味着在创建对象时，编译器根据对象的静态类型确定调用哪个构造函数。
   • 当创建派生类对象时，首先调用基类构造函数，然后调用派生类构造函数。这个顺序是固定的，与指针或引用的动态类型无关。例如：

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

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

• 当执行Derived d;时，先输出“Base constructor”，再输出“Derived constructor”。这是因为编译器根据Derived的静态类型，知道要先构造基类部分，再构造派生类部分。如果构造函数是虚函数，就无法确定先调用哪个构造函数，因为虚函数的调用依赖于对象的动态类型，而在对象构造期间，对象的动态类型是不完整的。

2. 举例说明

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

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

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

int main() {
    C c;
    return 0;
}

• 输出结果为：

A constructor
B constructor
C constructor

• 这清晰地展示了构造函数按照继承层次从基类到派生类依次调用，不受虚函数机制影响。

3. 为什么构造函数不能是虚函数
   • 对象创建的顺序问题：如前面所述，构造函数需要按照继承层次依次调用，从基类到派生类。虚函数依赖于虚函数表指针（vptr），而vptr是在对象构造过程中才被初始化的。如果构造函数是虚函数，在调用构造函数时vptr还未初始化，就无法实现虚函数的动态绑定机制。
   • 对象的不完整性：在构造函数执行期间，对象处于不完整状态。虚函数机制依赖于完整的对象状态来确定动态类型，而构造函数正在创建对象，此时对象的动态类型还未完全确定，所以构造函数不能是虚函数。