构造函数传递引用致运行时异常，继承测试夹具崩溃排查

重构代码后，单元测试出现崩溃：被测代码在项目中运行正常，但在测试夹具中继承该类时，构造函数执行报错。

原始代码 #

class ClassA : public InterfaceA
{
public:
   virtual void SetMember(float member_in) override
   {
      member = member_in;
   }

private:
   float member;
};


class ClassB
{
public:
   ClassB(InterfaceA& a_in)
   {
      a_in.SetMember(6.28f);
   }
};


class ClassBTestFixture : public ClassB
{
public:
   ClassBTestFixture() : ClassB(a1) { }

private:
   ClassA a1;
};

class ClassBTestFixture2
{
public:
   ClassBTestFixture2() : b(a1) { }

private:
   ClassA a1;
   ClassB b;
};

int main()
{
   ClassBTestFixture fixture;
}

运行时异常信息 #

this->a_in. was 0xCCCCCCCC

但实例化采用组合而非继承的ClassBTestFixture2时却能正常运行，不过这会提升单元测试的编写难度。该问题在VS2019和Linux GCC环境下表现一致。

重构后的代码（已正常运行） #

class ClassA
{
public:
   virtual void SetMember(float member_in)
   {
      member = member_in;
   }

private:
   float member;
};


class ClassB
{
public:
   ClassB(ClassA& a_in) : a(a_in)
   {
   }

   void Init()
   {
      a.SetMember(6.28f);
   }
private:
   ClassA& a;
};

class ClassBTestFixture : public ClassB
{
public:
   ClassBTestFixture() : ClassB(a1)
   {
      Init();
   }

private:
   ClassA a1;
};


int main()
{
   ClassBTestFixture fixture;
}

移除了接口（确认并非问题根源），但仍在向基类构造函数传递成员变量，请问这种写法是否合适？

第一个问题的原因：构造函数初始化顺序规则 #

C++中基类构造函数的执行优先级高于派生类的成员变量初始化：

• 当创建ClassBTestFixture对象时，会先调用基类ClassB的构造函数，此时派生类的成员a1还未完成构造，传递给ClassB构造函数的a1引用指向的是未初始化的内存（VS中用0xCCCCCCCC标记未初始化的栈内存），调用a_in.SetMember()时自然会触发运行时异常。
• 而ClassBTestFixture2采用组合方式时，成员变量的初始化顺序严格按照声明顺序执行：a1先于b初始化，所以b的构造函数调用时，a1已经是有效对象，引用合法，因此能正常运行。

重构后写法的合理性分析 #

你现在的写法是安全且合适的，但需要注意前提条件：

1. 基类ClassB的构造函数仅保存引用，没有立即使用该引用调用成员函数——因为此时a1还未构造。
2. 调用Init()的时机是在派生类的构造函数体中，此时派生类的成员a1已经完成初始化，引用指向的是合法对象，调用a.SetMember()不会有问题。

不过也要留意后续维护的风险：

• 绝对不能在基类ClassB的构造函数或析构函数中调用Init()，否则会再次触发未初始化对象的访问问题。
• 如果后续修改基类代码时，不小心在构造函数中使用了保存的引用，会重新引入崩溃问题。如果要彻底规避这类风险，也可以考虑在测试时外部传入已初始化的ClassA对象，比如：

  class ClassBTestFixture : public ClassB
  {
  public:
     ClassBTestFixture() : ClassB(a1)
     {
        Init();
     }
  
  private:
     ClassA a1;
  };
  

  但就当前的实现而言，只要遵循“不在基类构造/析构中使用引用”的规则，现有写法完全可以正常工作。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者agmessier