C++指標解惑

    之前在使用指標的時候，常常對指標的類型感到困惑，既然所有的指標都只佔4個位元組，那麼他所對應的指標類型在指標轉化過程中有什麼作用呢。最近，終於弄懂了他們的關係，相關說明如下：

1.前提

首先定義了一個ZooAnimal類如下：

class ZooAnimal{ public:ZooAnimal();virtual ~ZooAnimal();virtual void rotate();protected:int loc;String name;};

2.說明

定義如下三個指標：

ZooAnimal *px;int *pi;Array<String >*pta;

以記憶體需求的觀點來說，沒什麼不同，他們三個都需要有足夠的記憶體來放置一個機器地址(32位機器上是4位元組)。“指向不同類型之各指標”間的差異，既不在於其指標的表示不同，也不在其內容不同，而是在其所定址出來的object類型不同。也就是說，“指標類型”會教導編譯器如何解釋某個特定地址中的記憶體及其大小：

1.一個指向地址1000的整數指標，在32位機器上，將涵蓋地址空間1000--1003.

2.如果String是傳統的8-bytes（包括一個 4-bytes的字元指標和一個用來表示字串長度的整數），那麼一個ZooAnimal指標將橫跨地址空間1000--1015。如所示：

   一個指向地址1000而類型為void*的指標，將涵蓋怎樣的地址空間呢？是的，我們不知道！這就是為什麼一個，類型為void *的指標只能夠含有一個地址，而不能夠通過它操作所指之object的緣故。

   所以，轉型（cast）其實是一種編譯器指令，大部分情況下它並不改變一個指標所含的真正地址，它隻影響“被指出之記憶體的大小和其內容”的解釋方式。

3.加上多態之後

     現在，讓我們定義一個Bear，作為一種ZooAnimal。當然，經由"public 繼承"可以完成這件任務：

class Bear:public ZooAnimal{public:Bear();~Bear();void rotate();virtual void dance();protected:enum Dances{...};Dances dances_known;int cell_block;};Bear b("Yogi");Bear *pb=&b;Bear &rb=*pb;

b,pb,rb 會有怎樣的記憶體需求呢？不管是pointer或reference都只需要一個word的空間(在32位機器上是4-bytes)。Bear object需要24bytes，也就是ZooAnimal的16bytes加上Bear所帶來的8bytes。展示了可能的記憶體布局：

 好，假設我們的Bear object 放在地址1000處，一個Bear指標和一個ZooAnimal指標有什麼不同？

Bear b;ZooAnimal  *pz=&bl;Bear *pb=&b;

  它們每個都指向Bear object 的第一個byte。其間的差別是，pb所涵蓋的地址包含整個Bear object,而pz所涵蓋的地址只包含Bear object中的ZooAnimal subobject。

   除了ZooAnimal subobject 中出現的members，你不能夠實用pz來直接處理Bear的任何menbers。唯一例外是通過virtual機制：

//不合法：cell_back不是ZooAnimal的一個member，雖然我們知道pz當前指向一個 Bear object。pz->cell_back;//ok:經過一個明白的downcast操作就沒有問題 ！（（Bear *）pz）->cell_block;//下面這樣更好，但是它是一個run-time operation (成本較高)if(Bear *pb2=dynamic_cast<Bear *>(pz))pb2->cell_block;//ok,因為cell_block是Bear 的一個member。pb->cell_block;

  當我們寫：

pz->rotate();

時，pz的類型將在編譯時間期決定以下兩點：

1.固定的可用介面。也就是說，pz只能夠調用ZooAnimal的public 介面。

2.該介面的access level(例如rotate()是ZooAnimal的一個public member)。

      在每一個執行點，pz所指的object類型可用決定rotate()所調用的實體，類型資訊的封裝並不是維護於pz之中，而是維護於link之中，此link存在於“object 的vptr”和“vptr 所指之virtual table之間”

另外，C++的多態就是通過指標和引用實現的，例如：

Bear b;ZooAnimal za=b;//調用ZooAnimal::rotate()za.rotate();

在以上代碼中，使用Bear類型對象初始化ZooAnimal對象，必然會對Bear類型對象進行裁剪，只是保留跟ZooAnimal有關的資訊。所以za.rotate()必然是調用ZooAnimal中的rotate()，所以多態不能夠在"直接存取objects"上發揮作用。

參考書目：

《深度探索C++物件模型》