C++在面向对象编程中,存在着静态绑定和动态绑定的定义,本节即是主要讲述这两点区分。
我是在一个类的继承体系中分析的,因此下面所说的对象一般就是指一个类的实例。
首先我们需要明确几个名词定义:
- 静态类型:对象在声明时采用的类型,在编译期既已确定;
- 动态类型:通常是指一个指针或引用目前所指对象的类型,是在运行期决定的;
- 静态绑定:绑定的是静态类型,所对应的函数或属性依赖于对象的静态类型,发生在编译期;
- 动态绑定:绑定的是动态类型,所对应的函数或属性依赖于对象的动态类型,发生在运行期;
从上面的定义也可以看出,非虚函数一般都是静态绑定,而虚函数都是动态绑定(如此才可实现多态性)。
先看代码和运行结果:
1 class A 2 { 3 public: 4 /*virtual*/ void func(){ std::cout << "A::func()\n"; } 5 }; 6 class B : public A 7 { 8 public: 9 void func(){ std::cout << "B::func()\n"; } 10 }; 11 class C : public A 12 { 13 public: 14 void func(){ std::cout << "C::func()\n"; } 15 };
下面逐步分析测试代码及结果,
1 C* pc = new C(); //pc的静态类型是它声明的类型C*,动态类型也是C*; 2 B* pb = new B(); //pb的静态类型和动态类型也都是B*; 3 A* pa = pc; //pa的静态类型是它声明的类型A*,动态类型是pa所指向的对象pc的类型C*; 4 pa = pb; //pa的动态类型可以更改,现在它的动态类型是B*,但其静态类型仍是声明时候的A*; 5 C *pnull = NULL; //pnull的静态类型是它声明的类型C*,没有动态类型,因为它指向了NULL;
如果明白上面代码的意思,请继续,
1 pa->func(); //A::func() pa的静态类型永远都是A*,不管其指向的是哪个子类,都是直接调用A::func(); 2 pc->func(); //C::func() pc的动、静态类型都是C*,因此调用C::func(); 3 pnull->func(); //C::func() 不用奇怪为什么空指针也可以调用函数,因为这在编译期就确定了,和指针空不空没关系;
如果注释掉类C中的func函数定义,其他不变,即
1 class C : public A 2 { 3 }; 4 5 pa->func(); //A::func() 理由同上; 6 pc->func(); //A::func() pc在类C中找不到func的定义,因此到其基类中寻找; 7 pnull->func(); //A::func() 原因也解释过了;
如果为A中的void func()函数添加virtual特性,其他不变,即
1 class A 2 { 3 public: 4 virtual void func(){ std::cout << "A::func()\n"; } 5 }; 6 7 pa->func(); //B::func() 因为有了virtual虚函数特性,pa的动态类型指向B*,因此先在B中查找,找到后直接调用; 8 pc->func(); //C::func() pc的动、静态类型都是C*,因此也是先在C中查找; 9 pnull->func(); //空指针异常,因为是func是virtual函数,因此对func的调用只能等到运行期才能确定,然后才发现pnull是空指针;
分析:
在上面的例子中,
1. 如果基类A中的func不是virtual函数,那么不论pa、pb、pc指向哪个子类对象,对func的调用都是在定义pa、pb、pc时的静态类型决定,早已在编译期确定了。
同样的空指针也能够直接调用no-virtual函数而不报错(这也说明一定要做空指针检查啊!),因此静态绑定不能实现多态;
2. 如果func是虚函数,那所有的调用都要等到运行时根据其指向对象的类型才能确定,比起静态绑定自然是要有性能损失的,但是却能实现多态特性;
本文代码里都是针对指针的情况来分析的,但是对于引用的情况同样适用。
至此总结一下静态绑定和动态绑定的区别:
1.
静态绑定发生在编译期,动态绑定发生在运行期;
2. 对象的动态类型可以更改,但是静态类型无法更改;
3. 要想实现动态,必须使用动态绑定;
4. 在继承体系中只有虚函数使用的是动态绑定,其他的全部是静态绑定;
建议:
绝对不要重新定义继承而来的非虚(non-virtual)函数(《Effective C++ 第三版》条款36),因为这样导致函数调用由对象声明时的静态类型确定了,而和对象本身脱离了关系,没有多态,也这将给程序留下不可预知的隐患和莫名其妙的BUG;
另外,在动态绑定也即在virtual函数中,要注意默认参数的使用。当缺省参数和virtual函数一起使用的时候一定要谨慎,不然出了问题怕是很难排查。
看下面的代码:
1 class E 2 { 3 public: 4 virtual void func(int i = 0) 5 { 6 std::cout << "E::func()\t"<< i <<"\n"; 7 } 8 }; 9 class F : public E 10 { 11 public: 12 virtual void func(int i = 1) 13 { 14 std::cout << "F::func()\t" << i <<"\n"; 15 } 16 }; 17 18 void test2() 19 { 20 F* pf = new F(); 21 E* pe = pf; 22 pf->func(); //F::func() 1 正常,就该如此; 23 pe->func(); //F::func() 0 哇哦,这是什么情况,调用了子类的函数,却使用了基类中参数的默认值! 24 }
为什么会有这种情况,请看《Effective C++ 第三版》 条款37。
这里只给出建议:
绝对不要重新定义一个继承而来的virtual函数的缺省参数值,因为缺省参数值都是静态绑定(为了执行效率),而virtual函数却是动态绑定。