为什么C++虚函数在链接时未定义？

Question

我在使用C++中的虚函数时遇到了一些麻烦，可能是在构造函数中错误地使用了它们。问题是，在将一个由我编写的组件库链接到我的最终可执行文件时，虚函数被标记为未定义，尽管我已经为其编写了实现并链接。

我有以下类：

template<class BufferType, class ConnectionType, class HandlerType>
class UdpConnection
{
public:
UdpConnection(size_t dispatchCount) : service(),
        listener(service),
        pool(dispatchCount), sysMsgHandlers(),
        bufferPool(), buffers()
    {
        assert(dispatchCount > 0);
        initBuffers(dispatchCount);
        initSysHandlers();
    }
protected:
    virtual void initSysHandlers() = 0;
}

在我的子类中：

class UdpClient : public UdpConnection<SyncBufferHandler, UdpClient, ClientNetworkHandler>
{
    protected:
        void initSysHandlers();
}

子类源文件：

void UdpClient::initSysHandlers()
{

}

正如您所看到的，我在构造函数中调用了一个虚函数。据我所知，这应该是可以的，因为我知道我的子类构造函数还没有被调用，所以我不能使用任何实例变量，但我只是向std::map添加了一些子类特定的项。

Linking CXX static library libnetwork.a
[ 75%] Built target network                                                                                           
Scanning dependencies of target testclient
[ 87%] Building CXX object CMakeFiles/testclient.dir/src/test/testclient.cpp.o                                        
Linking CXX executable testclient                                                                                     
src/network/libnetwork.a(udpclient.cpp.o): In function `voip::network::UdpConnection<voip::network::client::SyncBufferHandler, voip::network::client::UdpClient, voip::network::client::ClientNetworkHandler>::UdpConnection(unsigned long)':
udpclient.cpp:(.text._ZN4voip7network13UdpConnectionINS0_6client17SyncBufferHandlerENS2_9UdpClientENS2_20ClientNetworkHandlerEEC2Em[voip::network::UdpConnection<voip::network::client::SyncBufferHandler, voip::network::client::UdpClient, voip::network::client::ClientNetworkHandler>::UdpConnection(unsigned long)]+0x10d): undefined reference to `voip::network::UdpConnection<voip::network::client::SyncBufferHandler, voip::network::client::UdpClient, voip::network::client::ClientNetworkHandler>::initSysHandlers()'
collect2: ld returned 1 exit status

这里我做错了什么？如果需要更多信息，请问！想尽可能保持简短！

- Max

Answer 1

您正在从基类构造函数中调用虚函数。在构造和析构期间，有关虚函数分派的特殊规则：

实际上，在执行基类UdpConnection的构造函数时，对象的动态类型是UdpConnection，而不是UdpClient，因此所选的虚函数的最终覆盖者是UdpConnection，而不是最派生类UdpClient。

这意味着当您在UdpConnection构造函数中调用initSysHandlers()时，每次都会调用UdpConnection::initSysHandlers()，而不是最派生类中的重写。由于您没有提供UdpConnection::initSysHandlers()的定义，因此会出现链接器错误。

专家建议是"永远不要在构造或析构过程中调用虚函数"。

- James McNellis

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好的，谢谢！我也觉得是这样，但错误信息实在是太不具体了（因为我一开始以为不能使用子类的任何成员）。有时候我希望编译器能提供更多描述性的提示！ - Max

@Max：是的，有些编译器会在你从构造函数中调用虚函数时给出有用的警告。其他编译器则不太友好。 - James McNellis

我不小心点击了向下箭头，现在它已经修复了。我终于获得了我的评论家徽章 xD。 - ak.

Answer 2

不要在构造函数调用虚函数。构造函数从基类到派生类进行。因此，构造函数UdpConnection::UdpConnection还不知道该类已被继承。此时尚未形成派生类的vtable，也不知道要调用哪个重载函数的地址。

- ak.

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这实际上比“vtable尚未形成”要棘手得多。有一个有趣的例子涉及从初始化列表调用虚函数。 (https://dev59.com/kVPTa4cB1Zd3GeqPl72P) - James McNellis

我仍然相信这个问题与vtable有关。该问题发生在链接过程中，当对象文件在统一的地址空间中组合在一起时。希望有一天能了解更多关于C++内部的知识... - ak.

Answer 3

在构造函数或析构函数中调用虚拟函数是不合适的，因为它们没有预期的行为。直到构造函数返回之前，对象才被完全创建。

基类构造函数在派生类构造函数之前被调用；因此，基类数据成员和函数首先被创建和定义。所以在你的情况下，UdpConnection ctor 将尝试调用 UdpConnection::initSysHandlers，而不是 UdpClient::initSysHandlers，因为后者还没有被创建。由于 UdpConnection::initSysHandlers 是纯虚函数，在那个时候它是未定义的。

- cchampion

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调用是否具有预期的行为取决于您对行为的预期。 - James McNellis

即使行为看起来符合预期，它仍然是错误的。 - cchampion