C++深入学习-指针,引用与多态

在上一篇笔记中，我记录了对C++对象模型的理解，包括支持多态的对象模型结构。那么多态发生的最直接最基本的条件为什么必须是指针（Pointer）和引用(Reference)呢？
这个问题可以追溯到刚接触C++时，教材上就是这么写的：经由指针和引用完成的函数调用会被动态完成，对象则不可以。我们在这里统一以指针调用来说明这个问题（引用本质通常是由指针实现，我们视为const 指针）。先看下列代码：

class CZooAnimal {
public:
    CZooAnimal() {}
    virtual ~CZooAnimal() {}
public:
    virtual void Run() { cout << "CZooAnimal::Run" << endl; }
protected:
    int m_loc;
    std::string m_name;
};
class CZooBear : public CZooAnimal {
public:
    CZooBear() {}
    ~CZooBear() {}
public:
    void Run() { cout << "CZooBear::Run" << endl; }
    virtual void Eat() {}
protected:
    enum EBearType { ebNull = 0 };
protected:
    EBearType m_type;
    int m_high;
};

代码比较简单，一个CZooAnimal类和派生类CZooBear，根据上一篇内容就会知道CZooBear对象的结构如下图：
C++深入学习-指针,引用与多态
在结构图中定义了一个CZooBear obj,假设obj在内存中的地址是10000，那么一个指向obj的指针CZooBear *pObj指向的就是10000这个地址。然后，定义一个CZooAnimal *pAObj也指向这个地址，当执行pAobj->Run()的时候，实际运行的是CZooBear::Run()这个函数，这就是我们常用的运行时多态。但是，pAObj是访问不到m_high的，pObj则可以，为什么？因为“指针类型”已经规定了编译器如何解释特定地址中的内存内容及大小（范围/界限），pAObj注定是与m_high无缘相见的。如果不相信命运，真要实现，那就需要一番努力了（好有哲理）。
怎么去做呢？通过cast（转换），无论dynamic_cast还是static_cast，都是要获得类似pObj的存在。cast(转化)其实就是一种编译器指令，这个指令没有改变指针包含的真正地址，它只影响了“特定地址中的内存内容及大小”的解释方式。它改变了pAObj的视野范围（指针类型），使其可以看得更多，做得更多。
好了，有了上面的铺垫，来说一下普通对象为什么就不能完成动态的调用。

CZooAnimal aObj = obj;
aObj.Run();

这样写，aObj 就是努力在模仿obj,想表现为obj。但是，怎么说来着：一直被模仿，从未被超越 ????
哪怕再努力一下，这样写：

CZooAnimal *pAAObj = &aObj;
pAAObj->Run();

也调用不到CZooBear::Run(),也就是无论你怎么转换，再也回不去了。
真正的原因是：编译器在CZooAnimal aObj初始化或aObj = objfuz赋值的时候，首先确保了aObj有一个或一个以上的vptrs,然后就是确保这个vptrs不会随着初始化而改变。这两步操作把我们所有的幻想给终结了，并且CZooAnimal aObj = obj的过程发生了切割（sliced）,切割完成的aObj保持了纯正的CZooAnimal 特性，一个新的CZooAnimal在内存中诞生了，就是这样。
借用书中的话总结一下：一个指针（Pointer）或引用（Reference）之所以支持运行时多态，是因为它们并不引发任何"与类型有关的内存操作"，会改变的，只是所指向内存的“内容和大小解释方式”而已。

C++深入学习-指针,引用与多态

相关推荐