C++中虚继承派生类构造函数的正确写法

最近工作中某个软件功能出现了退化，追查下来发现是一个类的成员变量没有被正确的初始化。这个问题与C++存在虚继承的情况下派生类构造函数的写法有关。在此说明一下错误发生的原因，希望对更多的人有帮助。

我们代码中存在虚继承的类的继承结构与下图类似，并不是教科书中经典的菱形结构。从 Intermediate1 和 Intermediate3 到Base2 的继承是虚继承。Base1 和 Base2 包含一些成员变量，并提供了相应的构造函数接受指定的初始化值。Base2 还有一个缺省构造函数，把其成员变量都初始化为0。Intermediate1,2,3 也都提供了一个构造函数接受指定的初始化值，并在在初始化列表里调用Base1和Base2的构造函数完成初始化。

一位同事在做重构时，不小心把Final的代码改成了：

class Final : public Intermediate2, public Intermediate3 {
public:
    Final (int a, int b, int c)
        : Intermediate2(a, b, c),
          Intermediate3(b, c)
    {

    }

};

class Intermediate1 : public Base1, virtual public Base2 {
public:
    Intermediate1(int a, int b, int c)
        : Base1(a), 
          Base2(b, c)
    {

    }
};

class Intermediate2 : public Intermediate1 {
public:
    Intermediate2(int a, int b, int c)
        : Intermediate1(a, b, c),
          Base2(b, c)
    {

    }
};

class Intermediate3 : virtual public Base2 {
public:
    Intermediate3(int b, int c)
        : Base2(b, c)
    {

    }
};

看上去，Final的构造函数将调用Intermediate2 和 Intermediate3的构造函数分别将m_a, m_b 和 m_c初始化成指定的值。可是，运行时发现m_b和m_c的值是0！明显，这是调用了Base2的缺省构造函数。

原来，C++的规则是：如果在继承链上存在虚继承的基类，则最底层的子类要负责完成该虚基类部分成员的构造。我们可以显式调用虚基类的构造函数完成初始化。如果不显式调用虚基类的构造函数，则编译器会调用虚基类的缺省构造函数。如果不显式调用虚基类的构造函数，而虚基类没有定义缺省构造函数，则会出现编译错误。这条规则的原因是：如果不这样做，则虚基类部分会在存在的多个继承链条上被多次初始化。

很多时候，对于继承链上的中间类，我们也会在其构造函数中显式调用虚基类的构造函数，因为一旦有人要创建这些中间类的对象，我们也要保证它们得到正确的初始化。

所以，如果我们要把m_b和m_c初始化成指定的值，Final的构造函数的正确写法应该是这样：

    Final (int a, int b, int c)
        : Base2(b, c),
          Intermediate2(a, b, c),
          Intermediate3(b, c)
    {

    }

完整的测试程序如下所示，有兴趣的同学可以自行编译运行一下。也可以在调试器中单步运行Final的构造函数，看看前后两种写法分别是调用了Base2的哪个构造函数。

#include "stdafx.h"
#include <iostream>

using namespace std;

class Base1 {
public:
    Base1(int a): m_a(a) {}

protected:
    int m_a;
};

class Base2 {
public:
    Base2(int b, int c): m_b(b), m_c(c) {}
    Base2() : m_b(0), m_c(0) {}

protected:
    int m_b;
    int m_c;
};

class Intermediate1 : public Base1, virtual public Base2 {
public:
    Intermediate1(int a, int b, int c)
        : Base1(a), 
          Base2(b, c)
    {

    }
};

class Intermediate2 : public Intermediate1 {
public:
    Intermediate2(int a, int b, int c)
        : Intermediate1(a, b, c),
          Base2(b, c)
    {

    }
};

class Intermediate3 : virtual public Base2 {
public:
    Intermediate3(int b, int c)
        : Base2(b, c)
    {

    }
};

class Final : public Intermediate2, public Intermediate3 {
public:
    Final (int a, int b, int c)
        : Base2(b, c),
          Intermediate2(a, b, c),
          Intermediate3(b, c)
    {

    }

    void Print() {
        cout<<m_a<<", "<<m_b<<", "<<m_c<<endl;
    }
};


int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    Final finalObj(1, 2, 3);
    finalObj.Print();

	return 0;
}