使用对象表达式在构造函数中调用虚函数

Question

代码：

#include <iostream>

using std::cout;
using std::endl;

struct A
{
    virtual void foo()
    {
        cout << "A" << endl;
    }

    A(){ }
};

struct B : A
{
    B();
    virtual void foo()
    {
        cout << "B" << endl;
    }
};

B b;

B::B()
{
    b.foo();
    foo();
}  

struct C : B
{
    virtual void foo()
    {
        cout << "C" << endl;
    }

    C() : B(){ }      
};

C c;

int main(){ }

DEMO

当一个虚函数被直接或间接调用时 构造函数或析构函数，包括在构造过程中或 销毁类的非静态数据成员和对象 调用适用的是对象（称为 x） 下 构造或破坏，调用的函数是最终的 构造函数或析构函数类中的覆盖器，而不是一个 在派生更多的类中覆盖它。如果虚函数调用 使用显式类成员访问 (5.2.5) 和 对象 表达式指的是 x 的完整对象或其中之一 对象的基类子对象，但不是 x 或其基类之一 子对象，行为未定义。

我一直在尝试收到 UB

如果虚函数调用使用显式类成员访问 (5.2.5) 和对象表达式是指 x 的完整对象 [...]

不清楚什么是x的完整对象，其中x是一个对象。和x类型的完整对象一样吗？

Answer 1

§1.8 [intro.object]/p2-3:

对象可以包含其他对象，称为子对象。一个子对象 可以是一个成员子对象（9.2），一个基类子对象（子句 10)，或者一个数组元素。不是任何子对象的对象 另一个对象称为完整对象。

对于每个对象x，都有一些对象称为完整对象 x，确定如下：

• 如果x是一个完整对象，那么x就是x的完整对象。
• 否则，x 的完整对象是包含x 的（唯一）对象的完整对象。

本质上，您引用的这句话使您的代码中B 的构造函数中的static_cast<C*>(this)->foo(); 行为未定义，即使正在构造的完整对象是C。该标准实际上在这里提供了一个很好的例子：

struct V {
    virtual void f();
    virtual void g();
};
struct A : virtual V {
    virtual void f();
};
struct B : virtual V {
    virtual void g();
    B(V*, A*);
};

struct D : A, B {
    virtual void f();
    virtual void g();
    D() : B((A*)this, this) { }
};

B::B(V* v, A* a) {
    f();    // calls V::f, not A::f
    g();    // calls B::g, not D::g
    v->g(); // v is base of B, the call is well-defined, calls B::g
    a->f(); // undefined behavior, a’s type not a base of B
}

事实上，您已经可以see the undefined behavior show up in this example if you run it：Ideone 的编译器 (GCC) 实际上在 a->f(); 行上调用了 V::f()，即使指针指向的是完全构造的 A 子对象。

Answer 2

这有点棘手，我不得不多次编辑帖子（感谢帮助我的人），我会尽量让它简单并参考 N3690：

§12.7.4 状态

可以在构造或销毁 (12.6.2) 期间调用成员函数，包括虚函数 (10.3)。

这就是你在 B 的构造函数中一直在做的事情

B::B()
{
    b.foo(); // virtual
    foo(); // virtual
}  

目前这是完全合法的。 this 指针（在第二个函数调用中隐式使用）始终指向正在构造的对象。

那么标准中还说：

当一个虚函数被直接或间接地从构造函数和被调用的对象调用时 call apply 是正在构造或销毁的对象（称为 x） 调用的函数是最终的覆盖器 在构造函数或析构函数的类中，而不是在派生更多的类中覆盖它（因此忽略函数的更多派生版本）

所以 vtable 并没有像您想象的那样完全遍历，而是停止到构造函数的类的虚函数版本（参见 http://www.parashift.com/c%2B%2B-faq-lite/calling-virtuals-from-ctors.html）。

仍然合法。

终于说到点子上了：

如果虚函数调用使用显式类成员访问，例如 (object.vfunction() 或 object->vfunction()) 并且对象表达式指的是 x 的完整对象或该对象的基类子对象之一，但不是 x 或其基类子对象之一，（即不是下面的对象构造或其基类子对象之一），行为未定义。

要理解这句话，我们首先需要理解一个x的完整对象是什么意思：

§1.8.2

对象可以包含其他对象，称为子对象。子对象可以是成员子对象 (9.2)、基础 类子对象（第 10 条）或数组元素。不是任何其他对象的子对象的对象是 称为完整对象。

对于每一个对象x，都有一个对象称为x的完整对象，确定如下：

——如果x是一个完整对象，那么x就是x的完整对象。

——否则，x的完整对象是包含x的（唯一）对象的完整对象

如果你把上面的段落和上一段放在一起，你会发现你不能调用一个虚函数来引用基类的“完整类型”（即尚未构造的派生对象）或拥有的对象该成员或数组元素。

如果您要在 B 的构造函数中显式引用 C：

B::B() {
    static_cast<C*>(this)->foo(); // Refers to the complete object of B, i.e. C
}

struct C : B
{
    C() : B(){ }
}

那么你就会有未定义的行为。

直观（或多或少）的原因是

• 允许在构造函数中调用虚函数或成员函数，如果是虚函数，它会“停止虚拟层次结构遍历”到该对象并调用其版本的函数（参见 http://www.parashift.com/c%2B%2B-faq-lite/calling-virtuals-from-ctors.html）

• 无论如何，如果您从引用该子对象的完整对象的子对象执行此操作（重新阅读标准段落），那么这是未定义的行为

经验法则：don't call virtual functions in your constructors/destructors if you're not really sure you can。

如果我有什么问题，请在下面的 cmets 中告诉我，我会修复该帖子。谢谢！