C++的多态与切片问题（Section Problem）

• C++内存分配的方式大体上可以归纳为3种

• 1)   从静态存储区中分配：内存在编译时就已经分配好，这块内存在程序的整个运行期间都存在，例如全局变量，static变量
• 2)   在栈上分配：执行函数时，函数内局部变量的存储单元都可在栈上创建，函数执行结束时，这些存储单元自动被释放
• 3)   在堆上分配：也称为动态内存分配，程序在运行的时候用malloc或new申请任意多少的内存，除非程序运行结束或者程序员自己用free或delete释放动态内存，否则这块动态内存一直存在

 

• 多态性是指为一个函数名关联多种含义的能力，即同一种调用方式可以映像到不同的函数。这种把函数的调用与适当的函数体对应的活动又称为绑定（binding）。根据绑定所进行阶段的不同，可分为早期绑定（early binding）、晚期绑定（late binding），早期绑定发生在程序的编译阶段，称为静态联编(static binding)，晚期绑定发生在程序的运行阶段，称为动态联编（dynamic binding）。

• 1)   早期绑定（Early Binding）：也称为编译期多态，指绑定是发生在编译阶段。

//: Poly.cpp
#include <iostream>

using namespace std;

class A {
  public:
     A() : x(5) {}
    virtual void foo() {
      cout << "x = " << x << endl;
    }
  
    int x;
};

class B : public A {
  public:
    B() : y(10) {}
    virtual void foo() {
      cout << "x = " << x << endl;
      cout << "y = " << y << endl;
    }
  
    int y;
};

int main() {
  A a;
  B b;

  b.x = 1;
  b.y = 2;
  
  a = b;
  a.foo();
  b.foo();
  
  return 0;
} ///:~

A是基类，B是派生类，其中 a = b 存在向上映射的关系，可以认为向上映射总是安全的，因为是从更专门到更为一般

在编译期完成后，对象 a 和 b 都被分配了一块内存空间，当然，这块内存空间存在于栈空间中

 因此，在编译阶段时，编译器就已经固定好对象 a 和 b 的内存空间大小了。显然，由类 A 继承而来的对象 b 获得类 A 的所有公有成员函数和成员变量，而对于更为专门的对象 b，在执行 a = b 时，因为 b 实际的栈内存空间比 a 大，a 的栈空间便无法再容纳 b 中多出的一块栈空间（这里是存放 y 的空间），而对象 b 的公有成员变量 x 仍然能够传递给 a，正是因为对象 a 中并没有名为 y 的成员变量，因此也没有多余的栈空间去存放由对象 b 传递而来的 y，这正是著名的切片问题（Section Problem）

 

• 2）晚期绑定（Late binding）：也称为动态联编，指在运行时实现多态

//: Poly.cpp
#include <iostream>

using namespace std;

class A {
  public:
    A() : x(5) {}
    virtual void foo() {
      cout << "x = " << x << endl;
    }
  
    int x;
};

class B : public A {
  public:
    B() : y(10) {}
    virtual void foo() {
      cout << "x = " << x << endl;
      cout << "y = " << y << endl;
    }
  
    int y;
};

int main() {
  B *b = new B;
  b->x = 1;
  b->y = 2;
  
  // A *a = new B;
  A *a = NULL;
  a = b;
  a->foo();
  b->foo();
  
  return 0;
} ///:~

对象 b 是一个类指针，当然指针的位置是在栈空间中，但是使用 new 申请的空间却是分配在堆空间中，也就是说，在栈空间中存放了一个类型为 B 的指针，指针的内容是堆空间的地址；对象 a 是一个类指针，同样指针的位置是在栈空间中，但是并没有申请一块堆空间，也就是说，在栈空间存放了一个类型为 A 的空指针。

 

没错，a 是基类 A 的指针，b 是派生类 B 的指针，刚才已经说到过向上映射总是安全的，而这次的 a = b 只是改变 a 指针的指向，此时，a 指针指向了 b 的堆空间，类 A 和 B 中都有 foo 这个函数，并且使用了 virtual 修饰为虚函数（这实现了动态联编的可能性），当执行 a->foo() 的时候，编译器从对象 a 中找到了 vptr 指针，继而在类 A 和 类 B 的 vtbl 中查找相应的虚函数，发现只有类 B 的 foo 能够满足此时 a 指向堆空间的内容（正是 b 所申请的堆空间，含有 x 和 y），因此 a->foo() 和 b->foo() 最终调用的是类 B 的 foo()

 

• 3）静态联编和动态联编

Java实现多态的方式只有一种，那就是动态联编，也就是通过指针或引用；从另一个角度来说，静态联编带来的问题可能会是切片问题（Section Problem），这是因为栈空间无法进行扩展所导致的；动态联编主要是在运行时通过对象的指针或引用来确定调用的方法（使用 virtual 来修饰函数），因此不适用内联 inline 来修饰，但对于虚函数来说，无论如何都应该避免使用 inline 来修饰，尽管这在静态联编中时可以执行的