Virtual member call in a constructor

技术背景

在 C# 等面向对象编程语言中，构造函数用于初始化对象的状态。虚成员（如虚方法、虚属性）允许派生类重写基类的实现，以实现多态性。然而，在构造函数中调用虚成员可能会导致一些意想不到的问题，这与对象的构造顺序和虚方法的调用机制有关。

实现步骤

1. 对象构造顺序

在 C# 中，对象构造时，初始化器从最派生类到基类依次运行，然后构造函数从基类到最派生类依次运行。同时，.NET 对象在构造过程中类型不会改变，从一开始就是最派生类型，方法表也是最派生类型的。这意味着虚方法调用总是在最派生类型上运行。

2. 虚成员调用问题

如果在构造函数中进行虚方法调用，且该类不是继承层次结构中的最派生类型，那么该方法将在其构造函数尚未运行的类上被调用，可能导致对象处于不适合调用该方法的状态。

以下是一个示例代码：

class Parent
{
    public Parent()
    {
        DoSomething();
    }

    protected virtual void DoSomething() 
    {
    }
}

class Child : Parent
{
    private string foo;

    public Child() 
    { 
        foo = "HELLO"; 
    }

    protected override void DoSomething()
    {
        Console.WriteLine(foo.ToLower()); //NullReferenceException!?!
    }
}

在上述代码中，当创建 Child 对象时，会抛出 NullReferenceException 异常，因为 foo 还未初始化。这是因为基类构造函数在派生类构造函数之前调用，而在基类构造函数中调用虚方法时，派生类的成员还未初始化。

核心代码

示例 1：避免问题的方法

可以通过将类标记为 sealed 来确保它是继承层次结构中的最派生类型，这样调用虚方法就是安全的。

sealed class A : B
{
    public A()
    {
        Foo(); // no warning
    }
}

也可以密封方法：

class A : B
{
    public A()
    {
        Foo(); // no warning
    }

    protected sealed override void Foo()
    {
        base.Foo();
    }
}

示例 2：改进的实现

通过引入 Initialize 方法，确保在所有构造函数执行完毕后再调用虚方法。

public class BetterBaseClass
{
    protected string state;

    public BetterBaseClass()
    {
        this.state = "BetterBaseClass";
        this.Initialize();
    }

    public void Initialize()
    {
        this.DisplayState();
    }

    public virtual void DisplayState()
    {
    }
}

public class DerivedFromBetter : BetterBaseClass
{
    public DerivedFromBetter()
    {
        this.state = "DerivedFromBetter";
    }

    public override void DisplayState()
    {
        Console.WriteLine(this.state);
    }
}