Shuffy

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第9條：永遠(yuǎn) 不要在構(gòu)造或析構(gòu)的過程中調(diào)用虛函數(shù)

讓我們直切正題：在程序進(jìn)行構(gòu)造或析構(gòu)期間，你絕不能調(diào)用虛函數(shù)，這是因?yàn)檫@樣的調(diào)用并不會(huì)按你所期望的執(zhí)行，即使能夠順利執(zhí)行，你也不會(huì)覺得十分 舒服。如果你曾經(jīng)是一個(gè) Java 或 C# 的程序員，并且在最近期望返回 C++ 的懷抱，那么請(qǐng)你格外的注意這一條，因?yàn)樵谶@一問題上， C++ 與其他語(yǔ)言走的是完全不同的兩條路線。

假設(shè)有一個(gè)股票交易模擬系統(tǒng)，你為它編寫了一個(gè)類的層次化結(jié)構(gòu)，其中包括實(shí)現(xiàn)購(gòu)買、拋售等功能的類。會(huì)計(jì)應(yīng)該能夠?qū)@類交易進(jìn)行檢查，這一點(diǎn)很重要，所以說每創(chuàng)建一次交易時(shí)，都應(yīng)該在日志中進(jìn)行一次恰當(dāng)?shù)挠涗洝Ｏ旅媸且粋€(gè)看似合理的解決方案：

請(qǐng)考慮一下當(dāng)下邊的代碼得到運(yùn)行時(shí)會(huì)發(fā)生什么：

很明顯的是此時(shí) BuyTransaction 的構(gòu)造函數(shù)將被調(diào)用，但是，首先必須調(diào)用一個(gè) Transaction[1] 的構(gòu)造函數(shù)。對(duì)于一個(gè)派生的對(duì)象，其基類那一部分會(huì)首先得到構(gòu)造，然后才是派生類的部分。 Transaction 的構(gòu)造函數(shù)中最后一行調(diào)用了虛函數(shù) logTransaction ，意外的事情就從這里發(fā)生了：此處調(diào)用的是 Translation 版本的 logTransaction 函數(shù)，而不是 BuyTransaction 版本的——即使此處創(chuàng)建的對(duì)象是 BuyTransaction 類型的。在基類得到構(gòu)造的時(shí)候，虛函數(shù)永遠(yuǎn)也不會(huì)嘗試去匹配派生類。取而代之的是，對(duì)象仍然保持基類的行為。更隨意一點(diǎn)的說法是，在基類得到構(gòu)造的過程中，虛函數(shù)并不會(huì)轉(zhuǎn)換為派生類的版本。

這一行為看上去匪夷所思，但是這里有很充足的理由來解釋它。由于基類的構(gòu)造函數(shù)先于派生類運(yùn)行，在基類構(gòu)造函數(shù)得到運(yùn)行的時(shí)候，派生類的數(shù)據(jù)成員還沒有被初始化。如果虛函數(shù)在基類構(gòu)造函數(shù)向下匹配派生類時(shí)得到了調(diào)用，那么基類函數(shù)幾乎都將與局部數(shù)據(jù)成員有關(guān)，但此時(shí)這些數(shù)據(jù)成員仍未得到初始化。你的程序?qū)?huì)出現(xiàn)無盡的不可預(yù)知的行為，你也會(huì)在整夜受到瑣碎的調(diào)試工作的折磨。當(dāng)一個(gè)對(duì)象中有一些部分還沒有得到初始化的時(shí)候，此時(shí)進(jìn)行調(diào)用固然是危險(xiǎn)的，所以 C++ 不允許你這樣做。

實(shí)際上，本段介紹的內(nèi)容比上文更為基礎(chǔ)。對(duì)于一個(gè)派生類的對(duì)象來說，在其基類的構(gòu)造函數(shù)得到運(yùn)行的時(shí)候，這一對(duì)象的類型就是基類的。不僅僅虛函數(shù)會(huì)解析為基類的，而且 C++ 中使用運(yùn)行時(shí)類型信息 的部分（比如 dynamic_cast （參見第 27 條）和 typeid ）也會(huì)將這個(gè)對(duì)象的類型看作基類的。在我們的示例中，為了初始化 BuyTransaction 對(duì)象中的基類部分，需要調(diào)用 Transaction 的構(gòu)造函數(shù)，此時(shí)這一對(duì)象是 Transaction 類型的。以上介紹的就是 C++ 如何一一處理該對(duì)象的 每一部分，這種處理方式是有意義的：這個(gè)對(duì)象的 BuyTransaction 部分尚未得到初始化，所以認(rèn)為它們不存在是最安全的處理方法。直到派生類的構(gòu)造函數(shù)開始執(zhí)行，這個(gè)派生類產(chǎn)生的對(duì)象才會(huì)成為該派生類的對(duì)象。

對(duì)于析構(gòu)過程可以應(yīng)用同樣的推理方式。當(dāng)一個(gè)派生類的析構(gòu)函數(shù)開始運(yùn)行時(shí)，對(duì)象中派生類的那一部分?jǐn)?shù)據(jù)成員將可能出現(xiàn)未知的行為，所以 C++ 會(huì)認(rèn)為它們并不存在。當(dāng)基類的析構(gòu)函數(shù)被調(diào)用時(shí)，這個(gè)對(duì)象將成為一個(gè)基類對(duì)象， C++ 所 有的部分——包括虛函數(shù)、 dynamic_cast 等等——都會(huì)這樣對(duì)待該對(duì)象。

在上文的示例代碼中， Transaction 的構(gòu)造函數(shù)對(duì)一個(gè)虛函數(shù)進(jìn)行了一次直接調(diào)用，很顯然這樣做是違背本條中的指導(dǎo)方針的。這樣的違規(guī)實(shí)在太容易發(fā)現(xiàn)了，一些編譯器都會(huì)對(duì)其做出警告。（其他一些則不會(huì)。參見 第 53 條對(duì)編譯器警告信息的討論 ）即使沒有警告，問題依舊一定會(huì)在運(yùn)行之前變得很明顯，這是因?yàn)?/span> Transaction 中的 logTransaction 函數(shù)是純虛函數(shù)，除非它得到了定義（不像是真的，但確實(shí)是可行的，參見第 34 條 ），程序才有可能會(huì)得到連接，其他情況都會(huì)報(bào)錯(cuò)：連接器無法找到 Transaction::logTransaction 所必需的具體實(shí)現(xiàn)。

查找構(gòu)造和析構(gòu)過程中對(duì)虛函數(shù)的調(diào)用并不總是一帆風(fēng)順的。如果 Transaction 擁有多個(gè)構(gòu)造函數(shù)，它們所進(jìn)行的工作中有一部分是相同的，那么可以將這一相同的部分（既公共初始化代碼）連同對(duì) logTransaction 的調(diào)用放入一個(gè)私有的非虛初始化函數(shù)中，這樣做可以避免代碼重復(fù)，從軟件工程角度來講這似乎是一個(gè)很好的做法，我們將這一函數(shù)命名為 init ：

這樣的代碼與上文中的版本使用的是同一理念，但是這樣做所帶來的危害更為隱蔽和嚴(yán)重，這是因?yàn)檫@樣的代碼會(huì)得到正常的編譯和連接而不會(huì)報(bào)錯(cuò)。這種情況下，由于 logTransaction 是一個(gè) Transaction 中的純虛函數(shù)，大多數(shù)運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)將會(huì)在調(diào)用這個(gè)純虛函數(shù)時(shí)終止程序的運(yùn)行（通常情況下會(huì)針對(duì)這一結(jié)果顯示出一個(gè)消息）。然而如果 logTransaction 是一個(gè)“正常的”虛函數(shù)（也就是說，不是純虛的），并且在 Transaction 中給出了一些實(shí)現(xiàn)，這一版本將能夠得到調(diào)用，程序?qū)?huì)“愉快地一路小跑”下去，而在創(chuàng)建一個(gè)派生類對(duì)象時(shí)，則會(huì)調(diào)用錯(cuò)誤的 logTransaction 版本，為什么會(huì)這樣呢？這個(gè)問題只能由你自己來解決了。避免這類問題的唯一途徑就是：在正在創(chuàng)建或銷毀的對(duì)象的構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)中，確保永遠(yuǎn)不要調(diào)用虛函數(shù)，對(duì)于構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)所調(diào)用的所有函數(shù)都應(yīng)遵守這一約定。

那么，每當(dāng)一個(gè) Transaction 層的對(duì)象被創(chuàng)建時(shí)，如何確保去調(diào)用正確的 logTransaction 版本呢？顯然地，在 Transaction 的構(gòu)造函數(shù)中調(diào)用一個(gè)虛函數(shù)是一個(gè)錯(cuò)誤的做法。

為解決這一問題我們可以另辟蹊徑。方案之一就是：將 Transaction 中的 logTransaction 變?yōu)橐粋€(gè)非虛函數(shù)，然后要求派生類的構(gòu)造函數(shù)把必要的日志記錄傳遞給 Transaction 的構(gòu)造函數(shù)。這個(gè)構(gòu)造函數(shù)對(duì)于非虛 logTransaction 的調(diào)用就是安全的。就像這樣：

換句話說，由于在構(gòu)造過程中，你不能在基類部分調(diào)用派生部分時(shí)使用虛函數(shù)，此時(shí)，作為一種補(bǔ)償，你可以讓派生類為基類的構(gòu)造函數(shù)傳遞一些必要的構(gòu)造信息。

請(qǐng)注意上述示例里 BuyTransaction 類中靜態(tài)函數(shù) createLogString 的使用。這里使用了一個(gè)輔助函數(shù)來創(chuàng)建一個(gè)值，然后將這個(gè)值傳遞給基類構(gòu)造函數(shù)，通常情況下這樣做更為方便（而且更具備可讀性），這樣做不會(huì)出現(xiàn)在成員初始化表中為基類提供所需信息所帶來的曲折性。由于這個(gè)函數(shù)被聲明為靜態(tài)的，將不會(huì)出現(xiàn)偶然觸及到這個(gè)初生的 BuyTransaction 對(duì)象中的那些看似未初始化的數(shù)據(jù)成員的危險(xiǎn)。這一點(diǎn)很重要，因?yàn)檫@些數(shù)據(jù)成員正處于一個(gè)未知的狀態(tài)，這一事實(shí)便解釋了為什么在基類部分構(gòu)造或析構(gòu)期間調(diào)用虛函數(shù)將不會(huì)在第一時(shí)間匹配到派生類。

需要記住的

l 不要在構(gòu)造和析構(gòu)的過程中調(diào)用虛函數(shù)，因?yàn)檫@樣的調(diào)用永遠(yuǎn)不會(huì)轉(zhuǎn)向當(dāng)前執(zhí)行的析構(gòu)函數(shù)或構(gòu)造函數(shù)更深層的派生類中執(zhí)行。