只有通过对象指针和引用调用虚函数才能产生多态？

[luuillu]

多年前，我曾在CSDN问过一个问题“http://bbs.csdn.net/topics/370154900”。这个问题的答案是：
多态的三个必要条件：
1．存在继承2．虚方法重写3．父类(指针或者引用)指向子类对象。
当时信以为真。
然而今天看C++标准。得到了一个反例：

#include <iostream>

struct A{
	virtual void f()
	{
		puts("A");
	}
};
struct B: A{
	void f()
	{
		puts("B");
	}
};
struct C:B{
	using A::f;
};

int main(int argc, char* argv[])
{
   

	C c;
	c.f();   //输出B
	c.C::f();  //输出A
}

从上面的结果可以看出直接通过对象调用，也产生了多态的效果。C++对此的解释是：
The rules for member lookup (10.2) are used to determine the final overrider for a virtual function in the scope of a
derived class but ignoring names introduced by using-declarations.
尽管C++没有直接说这是多态，但也没否认。而且在标准中没有找到只有指针或引用才能产生多态的说法。C++标准中的描述为：the interpretation of the call of a virtual function depends on the type of the object for which it is called (the dynamic type)。

因此，调用虚函数总能产生多态，无论是通过引用，指针还是对象。
我的问题是：上面的分析正确吗？

[mujiok2003]

引用

the interpretation of the call of a virtual function depends on the type of the object for which it is called (the dynamic type)。

这句话是没有错的。

c.C::f();  //输出A

这里没用到它的动态类型。 只是::改变了name lookup的范围， 我不认为这也算多态。

[zhousitiaoda]

应该是只有通过对象指针和引用调用虚函数才能产生运行期多态？除此之外还有通过模板实现的编译期多态。 另外楼主举得例子根本不算多态。

[ggglivw]

引用 2 楼 zhousitiaoda 的回复:

应该是只有通过对象指针和引用调用虚函数才能产生运行期多态？除此之外还有通过模板实现的编译期多态。 另外楼主举得例子根本不算多态。

+1. 项目不会有你那种用法

[luuillu]

之所以说它是多态是因为“c.f(); //输出B”，它是通过虚函数表找到的f，否则它应该输出A。 如果f不是虚函数，那么c.f()输出的是A。 另外又想到了一个问题，如果把B中的f 变成私有，将会输出什么？

struct A{
	virtual void f()
	{
		puts("A");
	}
};
struct B: A{
	private: void f()
	{
		puts("B");
	}
};
struct C:B{
	using A::f;
	
};

int main(int argc, char* argv[])
{
   

	C c;
	c.f();
}

[pengzhixi]

... c.f(); //输出B C的最终重载版本就是B的f()所以输出B是没任何问题的 c.C::f(); //输出A 至于这里输出A你看下member look up规则 Member name lookup determines the meaning of a name (id-expression) in a class scope

[勤奋的小游侠]

引用 4 楼 luuillu 的回复:

之所以说它是多态是因为“c.f(); //输出B”，它是通过虚函数表找到的f，否则它应该输出A。 如果f不是虚函数，那么c.f()输出的是A。 另外又想到了一个问题，如果把B中的f 变成私有，将会输出什么？

struct A{
	virtual void f()
	{
		puts("A");
	}
};
struct B: A{
	private: void f()
	{
		puts("B");
	}
};
struct C:B{
	using A::f;
	
};

int main(int argc, char* argv[])
{
   

	C c;
	c.f();
}

呵呵，这个问题到了这里就有点意思了。

[我用双手-成就你的梦想]

[勤奋的小游侠]

引用 5 楼 pengzhixi 的回复:

... c.f(); //输出B C的最终重载版本就是B的f()所以输出B是没任何问题的 c.C::f(); //输出A 至于这里输出A你看下member look up规则 Member name lookup determines the meaning of a name (id-expression) in a class scope

这是vs2008relase反汇编的结果，你们分析一下红色的是什么意思？这不是用到了虚表吗？绿色的反而是正直就call A::f这个函数地址了 int main(int argc, char* argv[]) { 01021010 push ecx C c; c.f(); //Êä³öB 01021011 lea ecx,[esp] 01021014 mov dword ptr [esp],offset C::`vftable' (1022118h) 0102101B call dword ptr [C::`vftable' (1022118h)] c.C::f(); //Êä³öA 01021021 push offset string "A" (102210Ch) 01021026 call dword ptr [__imp__puts (10220A8h)] }

[勤奋的小游侠]

引用 4 楼 luuillu 的回复:

之所以说它是多态是因为“c.f(); //输出B”，它是通过虚函数表找到的f，否则它应该输出A。 如果f不是虚函数，那么c.f()输出的是A。 另外又想到了一个问题，如果把B中的f 变成私有，将会输出什么？

struct A{
	virtual void f()
	{
		puts("A");
	}
};
struct B: A{
	private: void f()
	{
		puts("B");
	}
};
struct C:B{
	using A::f;
	
};

int main(int argc, char* argv[])
{
   

	C c;
	c.f();
}

根据我做的实验结果，楼主，我撑你，记得把分给我啊。哈哈

[「已注销」]

虚函数是动态绑定的。编译器生成的函数调用指令是从动态方法表中去找函数的偏移，不是静态固定的。在运行时，通过虚拟方法表找到函数地址。从而达到多态。 这跟以对象本身调用还是以对象的引用或指针调用没什么关系。书上的翻译很拗口，有时候不一定是字面的意思，关键是弄清楚c++对象内存模型，包括成员函数，成员变量是一种怎样的存在。

[baichi4141]

我对多态的理解就是“不需要知道对象的实际类型，也能够调用正确的功能” 所以楼主的写法在我看来不算多态，你不关心对象的类型直接指定某个功能，哪来的“多”啊 至于咬文嚼字“多态的定义是什么”，抱歉我不关心。

[勤奋的小游侠]

引用 11 楼 baichi4141 的回复:

我对多态的理解就是“不需要知道对象的实际类型，也能够调用正确的功能” 所以楼主的写法在我看来不算多态，你不关心对象的类型直接指定某个功能，哪来的“多”啊 至于咬文嚼字“多态的定义是什么”，抱歉我不关心。

真心受不了你这种那么叼的态度，学术讨论多少就是咬文嚼字。你不想咬这些定义，那你就楼主举的例子做一个结论，到底有没有用到“你的理解的多态”？你只需要回答yes或no,无须更多文字。

[xiaohuh421]

多态的关键在于:　使用基类指针或者引用　能访问派生类中的方法． 而你这里是在使用派生类，　跟多态没什么关系了． 即使你的f（）函数不使用vitrual同样能达到你程序效果． 我觉得之所以会使用多态这个特性． 是方便遍历调用同一类东西,　统一接口.

[pengzhixi]

从c++之父的c++编程语言书上拷贝的一段文字：To get polymorphic behavior in C++, the member functions called must be virtual and objects must be manipulated through pointers or references.

[赵4老师]

《深度探索C++对象模型》 《C++反汇编与逆向分析技术揭秘》

[ri_aje]

引用 16 楼 luuillu 的回复:

多谢各位热情回答，多谢lovesmiles亲自做实验。 [quote=引用 13 楼 xiaohuh421 的回复:] 而你这里是在使用派生类，　跟多态没什么关系了． 即使你的f（）函数不使用vitrual同样能达到你程序效果．

不是这样，这个例子的特殊就在于把vitrual去掉后，程序会输出不同的结果。

引用 14 楼 pengzhixi 的回复:

从c++之父的c++编程语言书上拷贝的一段文字：To get polymorphic behavior in C++, the member functions called must be virtual and objects must be manipulated through pointers or references.

由此是否可以推断出，直接通过对象调用函数 f , 执行的结果应与 f 是否是虚函数无关？ 那么可以推断出前面所举的例子，是C++标准中的一个Bug，即 10.3.2： The rules for member lookup (10.2) are used to determine the final overrider for a virtual function in the scope of a derived class but ignoring names introduced by using-declarations. 这个规则是错误，应该去掉。[/quote] c++11 已经没有这句了。不过我觉得也算不上 bug，可能就是措辞很迷惑吧。

[xiaohuh421]

[code=c#include <iostream> struct A{ virtual void f() { puts("A"); } }; struct B: A{ void f() { puts("B"); } }; struct C:B{ using A::f; }; int main(int argc, char* argv[]) { C c; c.f(); //输出B c.C::f(); //输出A }][/code] 这个例子的关键在于 using A::f; 如果没有它, 可能大家都能很好的理解各种情况下输出 . 有它的时候, 实际上编译器(VS2012)在编译c的 f 函数时, 会使用f函数的地址. 当有vitural的时候, 就是f函数在虚表中的首地址. 这时由于虚表内存布局可以知道, 派生类的始终在最前, 刚好就会得到派生类,即B类的f的地址了. 当没有virtual的时候, c.f还是使用A::f的地址, 因为没有虚函数, 就没有虚表, 那f的地址仍然是A::f的地址. 所以调用了A的f. 所以, 会导致你的结果的最终原因是: 虚表的内存布局导致的: 派生类的总放在最前. 只是正好行为像是在使用多态性. 不过你也可以理解为bug, 就好像我们可以使用指针偏移来访问类的私有成员一样, 符合语法规定,但破坏了语法规定. 我给这种情况下的定义是: Hack 编程.

[luuillu]

多谢各位热情回答，多谢lovesmiles亲自做实验。

引用 13 楼 xiaohuh421 的回复:

而你这里是在使用派生类，　跟多态没什么关系了． 即使你的f（）函数不使用vitrual同样能达到你程序效果．

不是这样，这个例子的特殊就在于把vitrual去掉后，程序会输出不同的结果。

引用 14 楼 pengzhixi 的回复:

从c++之父的c++编程语言书上拷贝的一段文字：To get polymorphic behavior in C++, the member functions called must be virtual and objects must be manipulated through pointers or references.

由此是否可以推断出，直接通过对象调用函数 f , 执行的结果应与 f 是否是虚函数无关？ 那么可以推断出前面所举的例子，是C++标准中的一个Bug，即 10.3.2： The rules for member lookup (10.2) are used to determine the final overrider for a virtual function in the scope of a derived class but ignoring names introduced by using-declarations. 这个规则是错误，应该去掉。

[ri_aje]

引用 18 楼 xiaohuh421 的回复:

[code=c#include <iostream> struct A{ virtual void f() { puts("A"); } }; struct B: A{ void f() { puts("B"); } }; struct C:B{ using A::f; }; int main(int argc, char* argv[]) { C c; c.f(); //输出B c.C::f(); //输出A }][/code] 这个例子的关键在于 using A::f; 如果没有它, 可能大家都能很好的理解各种情况下输出 . 有它的时候, 实际上编译器(VS2012)在编译c的 f 函数时, 会使用f函数的地址. 当有vitural的时候, 就是f函数在虚表中的首地址. 这时由于虚表内存布局可以知道, 派生类的始终在最前, 刚好就会得到派生类,即B类的f的地址了. 当没有virtual的时候, c.f还是使用A::f的地址, 因为没有虚函数, 就没有虚表, 那f的地址仍然是A::f的地址. 所以调用了A的f. 所以, 会导致你的结果的最终原因是: 虚表的内存布局导致的: 派生类的总放在最前. 只是正好行为像是在使用多态性. 不过你也可以理解为bug, 就好像我们可以使用指针偏移来访问类的私有成员一样, 符合语法规定,但破坏了语法规定. 我给这种情况下的定义是: Hack 编程.

我觉得你这种理解刚好反了。 有 using A::f 的时候，对 f 的 name lookup 决议为 A::f，后者是个虚函数，根据标准的要求，需要调用该虚函数在派生类动态类型 (这里是 C) 中的 final overrider，即 B::f，所以编译器生成了调用 B::f 的代码。正如你观察到的，编译器使用的机制就是虚函数调用的机制，但这不是"正好行为像..."或者什么 hack 之类的动作，这就是标准 c++ 规定的语义。

[ri_aje]

再加一句个人理解，主楼的程序是虚函数调用，但是不能算多态。 c++ 中的多态通过虚函数实现，但不是任何调用虚函数的动作都一定实现了多态的行为，即虚函数是多态的必要条件；我猜这也是 BS 说 (#14 引用)：To get polymorphic behavior in C++, the member functions called must be virtual and objects must be manipulated through pointers or references. 主楼的程序只有 virtual function，没有 objects manipulated through pointers or references，所以没有多态行为。