面试题：C++ 构造函数重载在复杂继承体系及多态场景下的应用

Question

假设有一个基类Shape，包含颜色属性。派生出两个子类Rectangle和Circle，Rectangle有宽和高属性，Circle有半径属性。请使用构造函数重载，合理设计这三个类的构造函数，使得在创建对象时，既能正确初始化基类部分的颜色属性，又能正确初始化子类特有的属性。并且在多态场景下，通过基类指针创建不同子类对象，展示构造函数重载的实际效果。同时，请说明在这种复杂继承和多态体系中，构造函数重载可能会引入哪些潜在问题以及如何避免。

Answer 1

1. 类的设计及构造函数实现

#include <iostream>
#include <string>

// 基类Shape
class Shape {
public:
    std::string color;
    // 构造函数
    Shape(const std::string& c) : color(c) {}
};

// 子类Rectangle
class Rectangle : public Shape {
public:
    double width;
    double height;
    // 构造函数重载
    Rectangle(const std::string& c, double w, double h) : Shape(c), width(w), height(h) {}
};

// 子类Circle
class Circle : public Shape {
public:
    double radius;
    // 构造函数重载
    Circle(const std::string& c, double r) : Shape(c), radius(r) {}
};

2. 多态场景下构造函数重载的展示

int main() {
    Shape* shapes[2];
    shapes[0] = new Rectangle("red", 5.0, 3.0);
    shapes[1] = new Circle("blue", 2.0);

    for (int i = 0; i < 2; ++i) {
        if (Rectangle* rect = dynamic_cast<Rectangle*>(shapes[i])) {
            std::cout << "Rectangle - Color: " << rect->color
                      << ", Width: " << rect->width
                      << ", Height: " << rect->height << std::endl;
        } else if (Circle* circ = dynamic_cast<Circle*>(shapes[i])) {
            std::cout << "Circle - Color: " << circ->color
                      << ", Radius: " << circ->radius << std::endl;
        }
        delete shapes[i];
    }

    return 0;
}

3. 潜在问题及避免方法

• 潜在问题：
  • 代码复杂度增加：构造函数重载会使类的接口变得复杂，尤其是在多层继承和多个重载构造函数的情况下，维护和理解代码的难度加大。
  • 初始化顺序混乱：在复杂继承体系中，可能会因为构造函数重载而导致初始化顺序不清晰，容易出现逻辑错误。例如，在子类构造函数中没有正确初始化基类部分，或者在基类构造函数中依赖子类尚未初始化的成员。
  • 内存管理问题：在多态场景下，如果构造函数重载处理不当，可能会导致内存泄漏。例如，在通过基类指针创建子类对象时，如果没有正确释放内存，就会造成内存泄漏。
• 避免方法：
  • 遵循初始化列表规范：在构造函数中使用初始化列表来初始化成员变量，尤其是基类部分，确保初始化顺序正确。例如，在子类构造函数中先调用基类构造函数初始化基类成员。
  • 文档化构造函数：为每个重载的构造函数添加详细的文档说明，描述参数的含义和用途，以提高代码的可读性和可维护性。
  • 合理的内存管理：在多态场景下，使用智能指针来管理对象的生命周期，避免手动释放内存带来的风险。例如，使用std::unique_ptr或std::shared_ptr来代替原始指针。