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深入理解C++的動態綁定與靜態綁定的應用詳解

高洛峰
高洛峰原創
2016-12-26 16:21:181072瀏覽

為了支援c++的多態性,才用了動態綁定和靜態綁定。理解他們的差異有助於更好的理解多態性,以及在程式設計的過程中避免犯錯。
需要理解四個名詞:
1、物件的靜態型別:物件在宣告時所採用的型別。是在編譯期確定的。
2、物件的動態型別:目前所指物件的型別。是在運行期決定的。物件的動態類型可以更改,但是靜態類型無法更改。
關於物件的靜態類型和動態類型,看一個範例:

class B
{
}
class C : public B
{
}
class D : public B
{
}
D* pD = new D();//pD的静态类型是它声明的类型D*,动态类型也是D*
B* pB = pD;//pB的静态类型是它声明的类型B*,动态类型是pB所指向的对象pD的类型D*
C* pC = new C();
pB = pC;//pB的动态类型是可以更改的,现在它的动态类型是C*

3、靜態綁定:綁定的是物件的靜態類型,某特性(例如函數)依賴物件的靜態類型,發生在編譯期。
4、動態綁定:綁定的是物件的動態類型,某特性(例如函數)依賴物件的動態類型,發生在運行期。

class B
{
    void DoSomething();
    virtual void vfun();
}
class C : public B
{
    void DoSomething();//首先说明一下,这个子类重新定义了父类的no-virtual函数,这是一个不好的设计,会导致名称遮掩;这里只是为了说明动态绑定和静态绑定才这样使用。
    virtual void vfun();
}
class D : public B
{
    void DoSomething();
    virtual void vfun();
}
D* pD = new D();
B* pB = pD;

讓我們看一下,pD->DoSomething()和pB->DoSomething()呼叫的是同一個函數嗎?
不是的,雖然pD和pB都指向同一個物件。因為函數DoSomething是一個no-virtual函數,它是靜態綁定的,也就是編譯器會在編譯期間根據物件的靜態類型來選擇函數。 pD的靜態類型是D*,那麼編譯器在處理pD->DoSomething()的時候會將它指向D::DoSomething()。同理,pB的靜態型別是B*,那pB->DoSomething()呼叫的就是B::DoSomething()。
讓我們再來看一下,pD->vfun()和pB->vfun()呼叫的是同一個函數嗎?
是的。因為vfun是一個虛擬函數,它動態綁定的,也就是說它綁定的是對象的動態類型,pB和pD雖然靜態類型不同,但是他們同時指向一個對象,他們的動態類型是相同的,都是D*,所以,他們的呼叫的是同一個函數:D::vfun()。
上面都是針對物件指標的情況,對於引用(reference)的情況也同樣適用。
指標和引用的動態類型和靜態類型可能會不一致,但是物件的動態類型和靜態類型是一致的。
D D;
D.DoSomething()和D.vfun()永遠呼叫的都是D::DoSomething()和D::vfun()。
至於那些事動態綁定,那些事靜態綁定,有篇文章總結的非常好:
我總結了一句話:只有虛函數才使用的是動態綁定,其他的全部是靜態綁定。目前我還沒有發現不適用這句話的,如果有錯誤,希望你可以指出來。
特別要注意的地方
當缺省參數和虛函數一起出現的時候情況有點複雜,極易出錯。我們知道,虛函數是動態綁定的,但是為了執行效率,預設參數是靜態綁定的。

class B
{
 virtual void vfun(int i = 10);
}
class D : public B
{
 virtual void vfun(int i = 20);
}
D* pD = new D();
B* pB = pD;
pD->vfun();
pB->vfun();
有上面的分析可知pD->vfun()和pB->vfun()呼叫都是函數D::vfun(),但是他們的預設參數是多少?
分析一下,缺省參數是靜態綁定的,pD->vfun()時,pD的靜態型別是D*,所以它的缺省參數應該是20;同理,pB->vfun()的缺省參數應該是10。寫程式驗證了一下,正確。
對於這個特性,估計沒有人會喜歡。所以,永遠記住:
「絕不重新定義繼承而來的缺省參數(Never redefine function's inherited default parameters value.)」
關於c++語言
目前我基本上都是在c++的子集「物件導向程式設計「下工作,對於更複雜的知識了解的還不是很多。即便如此,到目前為止程式設計時需要注意的東西已經很多,而且後面可能還會繼續增多,這也許是很多人反對c++的原因。

c++是Google的四大官方語言之一。但是Google近年來確推出了go語言,而且定位是和c/c++相似。考慮這種情況,我認為可能是Google的程式設計師深感c++的複雜,所以想開發一種c++的替代語言。有時間要了解一下go語言,看看它在類似c++的問題上時如何取捨的。

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