C++的多態與切片問題（Section Problem）

• C++記憶體配置的方式大體上可以歸納為3種
• 1)   從靜態儲存區中分配：記憶體在編譯時間就已經分配好，這塊記憶體在程式的整個運行期間都存在，例如全域變數，static變數
• 2)   在棧上分配：執行函數時，函數內局部變數的儲存單元都可在棧上建立，函數執行結束時，這些儲存單元自動被釋放
• 3)   在堆上分配：也稱為動態記憶體分配，程式在啟動並執行時候用malloc或new申請任意多少的記憶體，除非程式運行結束或者程式員自己用free或delete釋放動態記憶體，否則這塊動態記憶體一直存在

 

• 多態性是指為一個函數名關聯多種含義的能力，即同一種調用方式可以映像到不同的函數。這種把函數的調用與適當的函數體對應的活動又稱為綁定（binding）。根據綁定所進行階段的不同，可分為早期繫結（early binding）、晚期綁定（late binding），早期繫結發生在程式的編譯階段，稱為靜態聯編(static binding)，晚期綁定發生在程式的運行階段，稱為動態聯編（dynamic binding）。

• 1)   早期繫結（Early Binding）：也稱為編譯期多態，指綁定是發生在編譯階段。

 1 //: Poly.cpp 2 #include <iostream> 3  4 using namespace std; 5  6 class A { 7   public: 8      A() : x(5) {} 9     virtual void foo() {10       cout << "x = " << x << endl;11     }12   13     int x;14 };15 16 class B : public A {17   public:18     B() : y(10) {}19     virtual void foo() {20       cout << "x = " << x << endl;21       cout << "y = " << y << endl;22     }23   24     int y;25 };26 27 int main() {28   A a;29   B b;30 31   b.x = 1;32   b.y = 2;33   34   a = b;35   a.foo();36   b.foo();37   38   return 0;39 } ///:~

A是基類，B是衍生類別，其中 a = b 存在向上映射的關係，可以認為向上映射總是安全的，因為是從更專門到更為一般

在編譯期完成後，對象 a 和 b 都被分配了一塊記憶體空間，當然，這塊記憶體空間存在於棧空間中

 因此，在編譯階段時，編譯器就已經固定好對象 a 和 b 的記憶體空間大小了。顯然，由類 A 繼承而來的對象 b 獲得類 A 的所有公有成員函數和成員變數，而對於更為專門的對象 b，在執行 a = b 時，因為 b 實際的棧記憶體空間比 a 大，a 的棧空間便無法再容納 b 中多出的一塊棧空間（這裡是存放 y 的空間），而對象 b 的公有成員變數 x 仍然能夠傳遞給 a，正是因為對象 a
中並沒有名為 y 的成員變數，因此也沒有多餘的棧空間去存放由對象 b 傳遞而來的 y，這正是著名的切片問題（Section Problem）

 

• 2）晚期綁定（Late binding）：也稱為動態聯編，指在運行時實現多態

 1 //: Poly.cpp 2 #include <iostream> 3  4 using namespace std; 5  6 class A { 7   public: 8     A() : x(5) {} 9     virtual void foo() {10       cout << "x = " << x << endl;11     }12   13     int x;14 };15 16 class B : public A {17   public:18     B() : y(10) {}19     virtual void foo() {20       cout << "x = " << x << endl;21       cout << "y = " << y << endl;22     }23   24     int y;25 };26 27 int main() {28   B *b = new B;29   b->x = 1;30   b->y = 2;31   32   // A *a = new B;33   A *a = NULL;34   a = b;35   a->foo();36   b->foo();37   38   return 0;39 } ///:~

對象 b 是一個類指標，當然指標的位置是在棧空間中，但是使用 new 申請的空間卻是分配在堆空間中，也就是說，在棧空間中存放了一個類型為 B 的指標，指標的內容是堆空間的地址；對象 a 是一個類指標，同樣指標的位置是在棧空間中，但是並沒有申請一塊堆空間，也就是說，在棧空間存放了一個類型為
A 的null 指標。

 

沒錯，a 是基類 A 的指標，b 是衍生類別 B 的指標，剛才已經說到過向上映射總是安全的，而這次的 a = b 只是改變 a 指標的指向，此時，a 指標指向了 b 的堆空間，類 A 和 B 中都有 foo 這個函數，並且使用了 virtual 修飾為虛函數（這實現了動態聯編的可能性），當執行 a->foo() 的時候，編譯器從對象
a 中找到了 vptr 指標，繼而在類 A 和 類 B 的 vtbl 中尋找相應的虛函數，發現只有類 B 的 foo 能夠滿足此時 a 指向堆空間的內容（正是 b 所申請的堆空間，含有 x 和 y），因此 a->foo() 和 b->foo() 最終調用的是類 B 的 foo()

 

• 3）靜態聯編和動態聯編

Java實現多態的方式只有一種，那就是動態聯編，也就是通過指標或引用；從另一個角度來說，靜態聯編帶來的問題可能會是切片問題（Section Problem），這是因為棧空間無法進行擴充所導致的；動態聯編主要是在運行時通過對象的指標或引用來確定調用的方法（使用 virtual 來修飾函數），因此不適用內聯 inline 來修飾，但對於虛函數來說，無論如何都應該避免使用
inline 來修飾，儘管這在靜態聯編中時可以執行的