c++中為什麼可以通過指針或引用實現多態詳解

引言:

在c++中司空見慣的事情就是:可以通過指針和引用可以實現多態,而對象不可以。 那為什麼?讓我們來解開這神秘的暗紗!

1、 類對象的存儲方式:

在一個類的實例中,隻會存放非靜態的成員變量。 如果該類中存在虛函數的話,再多加一個指向虛函數列表指針—vptr。

例如聲明如下兩個類,並分別實例化兩個對象,它們的內存分配大致如下:(vptr具體在什麼位置,與編譯器有關,大多數都在開始處)

class base
{
public:
 virtual ~base() {};
 virtual string GetName() { return "base"; }
 GetA();
 int a;
};

class derived : public base
{
public:
 virtual ~derived() {};
 virtual string GetName() { return "derived";}
 GetB();
 int b;
};base B1, B2;derived D1, D2;

內存分佈大致如下:

1. 類對象中,隻有成員變量與vptr.

2. 普通成員函數在內存的某一位置放著。它們與c語言中定義的普通函數沒有區別。 當我們通過對象或對象指針調用普通成員函數時, 編譯器會拿到它。怎麼拿到呢?當然是通過名字瞭,編譯器都會對我們寫的函數的名字進行修飾映射,讓它們變成內存中唯一的函數名。

3. 無論基類還是子類,每一種類類型的虛函數表隻有一份,它裡面存放瞭基類的類型信息和指向基類中的虛函數的指針。 某一類類型的所有對象都指向瞭相同的虛函數表。

2. 無論通過對象還是指針,能使用的方法隻與它們靜態類型有關。

例如:下面的 base類型的對象B1或指針pB1,隻能使用GetName() 和GetA()方法。 無論它們是如何來的!!!!!

// 直接構造得到
base B1;
base* pB1 = new base();

// 即使從子類轉換而來, 通過B1或pB1也永遠訪問不到GetB()方法。
derived d1;
B1 = d1;
pB1 = new derived();

3. 不同類型的指針有什麼區別?

本質上它們沒有任何區別,在32/64位系統中都是4/8字節的一個變量。 唯一不同的就是編譯器解釋它們的方式,即通過指針來尋址出來的對象類型不同,大小不同 ,指針類型來告訴編譯器如何解釋該指針。

4. 指針與引用來實現多態

有代碼如下 :

derived* _pD = new derived();
base* _pB = _pD;
_pB.GetName(); // 返回 derived.

想要知道如何通過指針來實現的多態,就要看看對基類指針賦值是發生瞭什麼! 具體來說 如下圖所示:

我們會發現,對指針的賦值,僅僅是讓基類指針_pB指向的子類對象的地地址。 當我們使用基類指針調用GetName()函數(該函數是虛函數,它的地址在函數表中)時, 會由_pB指向的地址找到子類的虛函數表指針vptr_上海,再由vptr_上海在虛函數表中找到子類的GetName(),從而調用它。就這樣實現瞭多態。

5. 對象不能實現多態

有代碼如下:

base B1;
derived D1;
B1 = D1;
B1.GetName();  // 返回 base

base B2 = D1
B2.GetName(); // 返回 base

上面代碼中無論賦值操作還是賦值構造時, 隻會處理成員變量,一個類對象裡面的vptr永遠不會變,永遠都會指向所屬類型的虛函數表,操作如下圖所示:

因此,通過對象調用虛函數時,就沒有必要進行動態解析瞭,白白增加瞭間接性,浪費性能。編譯器直接在編譯時就可以確認具體調用哪一個函數瞭,因此沒有所謂的多態。

補充說明:

1. 引用本質上也是通過指針的解引用(即*_point)來實現的,可以<<參考std源碼剖析》一本書,所以引用也可以實現多態。

2. 即使通過 基類的指針調用基類的虛函數 或 通過子類的指針調用子類的虛函數 以及通過子類指針調用基類的虛函數, 也是通過多態機制來完成的(即一步步的間接性來完成)。

3. 一個空的class的對象的大小為1個字節, 編譯器之所以要這麼做,是為瞭區別同一個類類型的不同對象!

總結

到此這篇關於c++中為什麼可以通過指針或引用實現多態的文章就介紹到這瞭,更多相關c++指針或引用實現多態內容請搜索WalkonNet以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持WalkonNet!