继承与多态

环境：GCC 13.1.0，g++ -std=c++17 -Wall -Wextra -Wsuggest-override。下面每一段输出都是本机运行结果。

一、构造与析构期间，虚函数不会派发到派生类

struct Base {
    Base() { printf("Base() 里调虚函数 → "); virt(); }
    virtual ~Base() { printf("~Base() 里调虚函数 → "); virt(); }
    virtual void virt() const { printf("Base::virt\n"); }
};
struct Derived : Base {
    int data = 42;
    void virt() const override { printf("Derived::virt，data=%d\n", data); }
};

Derived d;

Base() 里调虚函数 → Base::virt
构造完成后直接调 → Derived::virt，data=42
~Base() 里调虚函数 → Base::virt

构造派生类时，先构造基类子对象，此刻 vptr 指向的是 Base 的虚表——因为 Derived::data 还没初始化，如果允许派发到 Derived::virt()，它会读到未构造的成员。析构相反：进入 ~Base() 时派生类部分已经销毁。

这是语言层面的保护，不是 bug。后果与对策：

想在基类构造时调用”子类行为”，标准做法是两阶段初始化：构造函数只做 trivial 赋值，再显式调用 init()（此时对象已完整）。
或者把那个函数设为纯虚，在基类构造里调用它 → 运行到 __cxa_pure_virtual，直接终止（比静默降级更容易发现）。
别指望 -Wall 会警告你这件事：它不报，只能靠设计。

二、`override` 与 `final`：把”我以为在重写”变成编译错误

struct Base { virtual void over(int); void hidden(int); };
struct Derived : Base { void over(int) override; void hidden(double); };

Derived::hidden(double) —— 把基类同名函数全隐藏了

d.hidden(1) 传的是 int，却调到了 Derived::hidden(double)——因为只要派生类声明了同名函数，基类的全部同名重载就被隐藏（不是被重载进来）。想保留就要 using Base::hidden;。

而 override 的作用就是让编译器检查三件事：基类确有同名同参的虚函数、签名完全一致、确实是虚函数。漏写 override 时 -Wsuggest-override 会提醒；写错签名（少个 const、参数类型不同）则直接编译失败。

final 有两处用途：

struct Leaf final : Base { };          // 不可再派生
void f() override final;               // 不可再重写

配合上一节的实测：给叶子类标 final 后，编译器可以去虚化（5000 万次调用从 102ms 降到 0ms）。

三、虚函数的默认参数按静态类型取

struct A2 { virtual void f(int x = 1) { printf("A2::f x=%d\n", x); } };
struct B2 : A2 { void f(int x = 99) override { printf("B2::f x=%d\n", x); } };

A2 *p = new B2();
p->f();

B2::f x=1

函数体来自派生类（动态绑定），默认参数却来自静态类型 A2（编译期决定）——于是 x=1 而不是 99。这是 C++ 里最阴的坑之一，因为编译器一声不吭。

规矩：虚函数永远不要写默认参数。需要默认值就在基类里提供非虚的重载转发：

struct Shape {
    virtual void draw(Flags f) = 0;              // 虚函数不带默认值
    void draw() { draw(Flags::Normal); }         // 非虚便捷重载
};

四、对象切片：72 字节被压成 8 字节

struct Big : Base { int extra[16]; };
Big big;
Base byValue = big;      // 按值拷贝基类 ⇒ 切片
byValue.virt();
Base &byRef = big;       // 引用不切片
byRef.virt();

sizeof(Big)=72 sizeof(Base)=8
Base::virt          ← 按值拷贝出来的对象只剩 Base 子对象

sizeof 从 72 掉到 8 就是切片的直接证据：派生类的数据和 vptr 都没被拷过去（Big 没有重写 virt，所以这里看不出行为差异；换成上一节那个 Derived 就会看到”本该是派生类行为，结果调了基类版本”）。引用和指针不会切片：

Base &byRef = big;   // vptr 仍指向 Big，多态完整

切片发生在任何按值传递/拷贝基类对象的地方：vector<Base> 存派生类、函数参数 void f(Base b)、Base arr[10]。它的危险在于编译通过、运行不崩、只是行为不对。

现代对策（按优先级）：

别用继承做多态容器，改用 std::variant<Circle, Square> + std::visit（值语义、无堆分配、无切片、可 constexpr）。
必须用基类容器时，存智能指针：std::vector<std::unique_ptr<Shape>>。
需要”按值复制多态对象”就用 Clone 惯用法：virtual std::unique_ptr<Shape> clone() const = 0;（下一节的协变返回是它的基础）。
设计基类时把拷贝构造/赋值 = delete，从根上禁止切片。

五、协变返回类型与接口基类

struct Shape  { virtual Shape  *clone() { return new Shape; } };
struct Circle : Shape  {         Shape  *clone() override { return new Circle; } };

实测 Circle::clone 被正确调用。协变返回允许派生类返回更派生的指针/引用（Circle* 可以替代 Shape*），这让克隆接口既多态又保留具体类型（C++20 起还能协变智能指针）。

纯虚析构 + 接口：

struct Iface { virtual ~Iface() = 0; };
Iface::~Iface() { printf("接口基类析构仍被调用\n"); }
struct Impl : Iface { ~Impl() override { printf("Impl 析构\n"); } };

Impl 析构
接口基类析构仍被调用

要点：纯虚析构必须有定义，因为派生类析构一定会链式调用它。这个模式用来做”不能实例化的抽象接口”。

六、什么时候该用继承

判据只有一条：是否存在”通过基类接口操作不同实现”的真实需求（里氏替换：任何用 Base& 能成立的代码，换成 Derived& 也必须成立）。

你想做的事	正确工具
复用代码	组合 / 继承实现（private 继承）/ CRTP
定义可替换的接口	公有继承纯虚基类
一组固定的类型分支	`std::variant` + `visit`
编译期多态（零开销）	模板 / CRTP / concepts 约束
只是想要个名字空间	嵌套类或 `namespace`

“protected 成员 + 继承复用”几乎总是设计腐化的开始：基类内部一改，所有派生类重测。Qt 里大量继承是框架要求（QObject 派生），但你自己写的业务类应当优先组合。

七、编译器能帮你到哪

实测这次只抓到一条：

warning: deleting object of polymorphic class type 'A2' which has non-virtual
         destructor might cause undefined behavior [-Wdelete-non-virtual-dtor]

delete 一个有虚函数但没虚析构的基类指针，GCC 会明确警告——这条务必 -Werror。而构造期虚调用、虚函数默认参数、名字隐藏这三类，GCC 默认完全沉默。所以：

-Wall -Wextra -Wsuggest-override -Werror=suggest-override \
-Werror=delete-non-virtual-dtor -Wshadow -Wold-style-cast

-Wold-style-cast 在 C++ 项目里能逼出 static_cast/dynamic_cast 的显式意图，值得开。

八、这一节的自查清单

所有重写都写 override，叶子类写 final
虚函数不写默认参数
多态基类必须有 virtual 析构（或 = delete 析构禁止删除）
不在构造/析构函数里调用虚函数（需要就两阶段初始化）
容器不存基类值；用 variant 或 unique_ptr 基类
不想被切片就把基类拷贝操作 = delete
优先组合，继承只在真有替换需求时用
派生类里新增同名函数时记得 using Base::name; 以免意外隐藏
开 -Wsuggest-override 和 -Wdelete-non-virtual-dtor 并当错误处理

下一节讲移动语义与完美转发：值类别的判定、std::move 到底做了什么、为什么移动后对象必须可用，以及转发引用在哪些场景下反而更慢。