意外能够从基类ctor调用派生类虚函数

Question

谁能帮助解释这种意外行为？

前提

我创建了包含成员 std::thread 变量的类 Thread。 Thread 的 ctor 构造成员 std::thread，提供指向调用纯虚函数（由基类实现）的静态函数的指针。

守则

#include <iostream>
#include <thread>
#include <chrono>

namespace
{

class Thread
{
public:
    Thread()
        : mThread(ThreadStart, this)
    {
        std::cout << __PRETTY_FUNCTION__ << std::endl; // This line commented later in the question.
    }

    virtual ~Thread() { }

    static void ThreadStart(void* pObj)
    {
        ((Thread*)pObj)->Run();
    }

    void join()
    {
        mThread.join();
    }

    virtual void Run() = 0;

protected:
    std::thread mThread;
};

class Verbose
{
public:
    Verbose(int i) { std::cout << __PRETTY_FUNCTION__ << ": " << i << std::endl; }
    ~Verbose() { }
};

class A : public Thread
{
public:
    A(int i)
        : Thread()
        , mV(i)
    { }

    virtual ~A() { }

    virtual void Run()
    {
        for (unsigned i = 0; i < 5; ++i)
        {
            std::cout << __PRETTY_FUNCTION__ << ": " << i << std::endl;
            std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
        }
    }

protected:
    Verbose mV;
};

}

int main(int argc, char* argv[])
{
    A a(42);
    a.join();

    return 0;
}

问题

您可能已经注意到，这里有一个微妙的错误：Thread::ThreadStart(...) 是从 Thread ctor 上下文调用的，因此调用纯/虚拟函数不会调用派生类的实现。运行时错误证实了这一点：

pure virtual method called
terminate called without an active exception
Aborted

但是，如果我在 Thread ctor 中删除对 std::cout 的调用，则会出现意外的运行时行为：

virtual void {anonymous}::A::Run(){anonymous}::Verbose::Verbose(int): : 042

virtual void {anonymous}::A::Run(): 1
virtual void {anonymous}::A::Run(): 2
virtual void {anonymous}::A::Run(): 3
virtual void {anonymous}::A::Run(): 4

即在Thread ctor 中删除对std::cout 的调用似乎具有能够从基类的构造函数上下文中调用派生类的纯/虚拟函数的效果！这与之前的学习和经验不符。

Windows 10 上的 Cygwin x64 构建环境。gcc 版本为：

g++ (GCC) 5.4.0
Copyright (C) 2015 Free Software Foundation, Inc.
This is free software; see the source for copying conditions.  There is NO
warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.

我对这个观察感到困惑，并对发生的事情充满好奇。有人能解释一下吗？

Answer 1

由于竞态条件，该程序的行为未定义。

但是，如果你想推理它，让我们试试吧。

对于A 的构造，会发生以下情况：

1. mThread 已初始化。操作系统将其安排在未来某个时间点启动。

2. std::cout << __PRETTY_FUNCTION__ << std::endl; - 从程序的角度来看，这是一个相当缓慢的操作。

3. A 构造函数运行 - 初始化它的 vtable （这不是标准规定的，但据我所知，所有实现都这样做）。

   如果这发生在 mThread 计划启动之前，您将获得观察到的行为。 否则，您将获得纯虚拟调用。

因为这些操作没有任何顺序，所以行为是未定义的。

您会注意到您从基的构造函数中删除了一个相当慢的操作，因此初始化您的派生 - 及其 vtable - 更快。比如说，在操作系统实际安排mThread 的线程启动之前。话虽如此，这并没有解决问题，只是降低了遇到它的可能性。

如果您稍微修改一下您的示例，您会注意到删除 IO 代码会使比赛更难找到，但没有解决任何问题。

virtual void Run()
{
    for (unsigned i = 0; i < 1; ++i)
    {
        std::cout << __PRETTY_FUNCTION__ << ": " << i << std::endl;
//      std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
    }
}

主要：

for(int i = 0; i < 10000; ++i){
    A a(42);
    a.join();
}

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