c++中通过指针或引用实现多态的本质！！

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！