C 指標解惑

之前在使用指標的時候，常常對指標的型別感到困惑，既然所有的指標都只佔4個位元組，那麼他所對應的指標型別在指標轉化過程中有什麼作用呢。最近，終於弄懂了他們的關係，相關說明如下：

1.前提首先定義了乙個zooanimal類如下：

class zooanimal;

2.說明定義如下三個指標：

zooanimal *px;
int *pi;
array*pta;

以記憶體需求的觀點來說，沒什麼不同，他們三個都需要有足夠的記憶體來放置乙個機器位址(32位機器上是4位元組)。「指向不同型別之各指標」間的差異，既不在於其指標的表示不同，也不在其內容不同，而是在其所定址出來的object型別不同。也就是說，「指標型別」會教導編譯器如何解釋某個特定位址中的記憶體及其大小：

1.乙個指向位址1000的整數指標，在32位機器上，將涵蓋位址空間1000--1003.

2.如果string是傳統的8-bytes（包括乙個 4-bytes的字元指標和乙個用來表示字串長度的整數），那麼乙個zooanimal指標將橫跨位址空間1000--1015。如下圖所示：

乙個指向位址1000而型別為void*的指標，將涵蓋怎樣的位址空間呢？是的，我們不知道！這就是為什麼乙個，型別為void *的指標只能夠含有乙個位址，而不能夠通過它操作所指之object的緣故。

所以，轉型（cast）其實是一種編譯器指令，大部分情況下它並不改變乙個指標所含的真正位址，它只影響「被指出之記憶體的大小和其內容」的解釋方式。

3.加上多型之後

現在，讓我們定義乙個bear，作為一種zooanimal。當然，經由"public 繼承"可以完成這件任務：

class bear:public zooanimal;
dances dances_known;
int cell_block;
};bear b("yogi");
bear *pb=&b;
bear &rb=*pb;

b,pb,rb 會有怎樣的記憶體需求呢？不管是pointer或reference都只需要乙個word的空間(在32位機器上是4-bytes)。bear object需要24bytes，也就是zooanimal的16bytes加上bear所帶來的8bytes。下圖展示了可能的記憶體布局：

好，假設我們的bear object 放在位址1000處，乙個bear指標和乙個zooanimal指標有什麼不同？

bear b;
zooanimal *pz=&bl;
bear *pb=&b;

它們每個都指向bear object 的第乙個byte。其間的差別是，pb所涵蓋的位址包含整個bear object,而pz所涵蓋的位址只包含bear object中的zooanimal subobject。

除了zooanimal subobject 中出現的members，你不能夠實用pz來直接處理bear的任何menbers。唯一例外是通過virtual機制：

//不合法：cell_back不是zooanimal的乙個member，雖然我們知道pz當前指向乙個 bear object。
pz->cell_back;
//ok:經過乙個明白的downcast操作就沒有問題 ！
（（bear *）pz）->cell_block;
//下面這樣更好，但是它是乙個run-time operation (成本較高)
if(bear *pb2=dynamic_cast(pz))
pb2->cell_block;
//ok,因為cell_block是bear 的乙個member。
pb->cell_block;

當我們寫：

pz->rotate();

時，pz的型別將在編譯時期決定以下兩點：

1.固定的可用介面。也就是說，pz只能夠呼叫zooanimal的public 介面。

2.該介面的access level(例如rotate()是zooanimal的乙個public member)。

在每乙個執行點，pz所指的object型別可用決定rotate()所呼叫的實體，型別資訊的封裝並不是維護於pz之中，而是維護於link之中，此link存在於「object 的vptr」和「vptr 所指之virtual table之間」

另外，c++的多型就是通過指標和引用實現的，例如：

bear b;
zooanimal za=b;
//呼叫zooanimal::rotate()
za.rotate();

在以上**中，使用bear型別物件初始化zooanimal物件，必然會對bear型別物件進行裁剪，只是保留跟zooanimal有關的資訊。所以za.rotate()必然是呼叫zooanimal中的rotate()，所以多型不能夠在"直接訪問objects"上發揮作用。

《深度探索c++物件模型》

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