当我们定义类指针或引用时到底发生了什么

在《C++对象模型——内存布局》中,我解释了C++对象在不同情境下的几种内存布局.

而我在读《Java核心技术·卷一》的时候看到了这样的一段话:

不能将一个超类的引用赋给子类变量

这本书中,是通过一个员工类作为基类派生出boss类来讲解的.代码示例如下:

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Manager boss = new Manager();
Employee staff = new Employee();
Employee e = boss;	//正确
Manager m = staff;	//错误

书中提到

不是所有的雇员都是经理。如果赋值成功,m有可能引用了一个不是经理的Employee对象,当在后面调用 m.setBonus(...)时就有可能发生运行时错误.

如果根据C++对象的内存布局来看,子类的对象往往是要比父类对象大的,如果用大的来模拟小的(切片),那么会导致越界,反之,用小的来模拟大的(切片),自然就可以了.

这样解释固然很清楚,但我认为从内存分配的角度来理解这个问题会更好,这里先从C++的多态讲起,简单的来说,C++的多态就是通过父指针指向子类对象+虚函数来实现.当父类指针指向子类对象,可以调用子类从父类继承来的那部分.但如果父类中的函数声明了virtual,则会调用子类中重写的那个函数,这也就是实现了动态绑定,也就是多态.

所以定义父类指针指向对象时是将该对象的地址赋给指针,然后根据指针类型的大小限定了访问范围,可以看作是对该对象内存分布的一个切片,只能访问该范围内的成员,也就是从父类继承过来的成员.由此看来C++对象内存分布的设计真是相当的精妙呢.

程序验证:

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#include <iostream>

class A {
public:
    A(){}
    
private:
    int a1;
    int a2;
};
class B : public A {
public:
    B(){}
private:
    int b1;
    int b2;
};

int main(int argc, const char * argv[]) {
    A a;
    B b;
    A* Aptra = &a;
    A* Aptrb = &b;
    B* Bptrb = &b;
    
    std::cout << Aptra << " " << Aptrb << " " << Bptrb << std::endl << std::endl;
    
    std::cout << sizeof(a) << " " << sizeof(b) << std::endl;
    std::cout << sizeof(*Aptra) << " "
            << sizeof(*Aptrb) << " " << sizeof(*Bptrb) << std::endl;
    return 0;
}

输出结果:

0x7ffeefbff558 0x7ffeefbff548 0x7ffeefbff548

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script>