c++中可以通過指針或引用實現多態的原因是什么

這篇文章主要介紹c++中可以通過指針或引用實現多態的原因是什么，文中介紹的非常詳細，具有一定的參考價值，感興趣的小伙伴們一定要看完！

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。 那為什么？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，只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，并分別實例化兩個對象，它們的內存分配大致如下：（vptr具體在什么位置，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;

內存分布大致如下：

1. 類對象中，只有成員變量與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。怎么拿到呢？當然是通過名字了，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只有一份，它里面存放了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了相同的虛函數表。

2. 無論通過對象還是指針，能使用的方法只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，只能使用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么區別？

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了什么！ 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。就這樣實現了多態。

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， 只會處理成員變量，一個類對象里面的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了，白白增加了間接性，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了，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， 編譯器之所以要這么做，是為了區別同一個類類型的不同對象！

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