c++中为什么可以通过指针或引用实现多态，而不可以通过对象呢？

引言：  在c++中司空见惯的事情就是：可以通过指针和引用可以实现多态，而对象不可以。  那为什么？让我们来解开这神秘的暗纱！

 

1、 类对象的存储方式：

在一个类的实例中，只会存放非静态的成员变量。 如果该类中存在虚函数的话，再多加一个指向虚函数列表指针—vptr。

例如声明如下两个类，并分别实例化两个对象，它们的内存分配大致如下：（vptr具体在什么位置，与编译器有关，大多数都在开始处）

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;

 

内存分布大致如下： 

1. 类对象中，只有成员变量与vptr.

2. 普通成员函数在内存的某一位置放着。它们与c语言中定义的普通函数没有区别。 当我们通过对象或对象指针调用普通成员函数时， 编译器会拿到它。怎么拿到呢？当然是通过名字了，编译器都会对我们写的函数的名字进行修饰映射，让它们变成内存中唯一的函数名。

3. 无论基类还是子类，每一种类类型的虚函数表只有一份，它里面存放了基类的类型信息和指向基类中的虚函数的指针。 某一类类型的所有对象都指向了相同的虚函数表。

 

 

2.  无论通过对象还是指针，能使用的方法只与它们静态类型有关。

例如：下面的 base类型的对象B1或指针pB1，只能使用GetName() 和GetA()方法。 无论它们是如何来的！！！！！

// 直接构造得到
base B1;
base* pB1 = new base();

// 即使从子类转换而来， 通过B1或pB1也永远访问不到GetB（）方法。
derived d1;
B1 = d1;
pB1 = new derived();

 

 

3.  不同类型的指针有什么区别？

本质上它们没有任何区别，在32/64位系统中都是4/8字节的一个变量。 唯一不同的就是编译器解释它们的方式，即通过指针来寻址出来的对象类型不同，大小不同 ，指针类型来告诉编译器如何解释该指针。

 

4. 指针与引用来实现多态

有代码如下 ：

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

想要知道如何通过指针来实现的多态，就要看看对基类指针赋值是发生了什么！ 具体来说 如下图所示：

我们会发现，对指针的赋值，仅仅是让基类指针_pB指向的子类对象的地地址。 当我们使用基类指针调用GetName()函数（该函数是虚函数，它的地址在函数表中）时， 会由_pB指向的地址找到子类的虚函数表指针vptr_上海，再由vptr_上海在虚函数表中找到子类的GetName(),从而调用它。就这样实现了多态。 

 

5. 对象不能实现多态

有代码如下：

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

base B2 = D1
B2.GetName();    // 返回 base

上面代码中无论赋值操作还是赋值构造时， 只会处理成员变量，一个类对象里面的vptr永远不会变，永远都会指向所属类型的虚函数表，操作如下图所示：

 

因此，通过对象调用虚函数时，就没有必要进行动态解析了，白白增加了间接性，浪费性能。编译器直接在编译时就可以确认具体调用哪一个函数了，因此没有所谓的多态。

 

 

补充说明：

1. 引用本质上也是通过指针的解引用（即*_point)来实现的，可以<<参考std源码剖析》一本书，所以引用也可以实现多态。

2. 即使通过 基类的指针调用基类的虚函数 或 通过子类的指针调用子类的虚函数 以及通过子类指针调用基类的虚函数，  也是通过多态机制来完成的（即一步步的间接性来完成）。 

3.  一个空的class的对象的大小为1个字节， 编译器之所以要这么做，是为了区别同一个类类型的不同对象！