关于对象——对象的差异

C++设计范式

 
C++程序设计模型支持三种programming paradigms：

1. procedursal model
   过程式编程模型，想必各位已经很熟悉了。
2. abstract data type model
   该模型所谓的“抽象”是和一组表达式（public接口）一起提供，而其运算定义符隐而未明：

   String girl = "Anna";
   String daughter;
   //String::operator=();
   daughter = girl;

3. object-oriented model
   在此模型中有一些彼此相关的类型，通过一个abstract base class（提供通用接口）被封装起来。

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多范式混用带来的危害

纯粹以某一种paradigm编程有助于保证整体行为的稳定性与正确性，如果混合使用了多种paradigm，可能会造成意料之外的后果。

sliced

假设当前有Library_material与其派生类book，继承体系如下：
考虑如下代码：

//ADT paradigm
Library_material thing1;
Book book;
thing1 = book;//本意是重绑定
thing1.checkin();//本意是调用虚函数
//OO paradigm
Library_material thing2 = &book;
thing2.checkin();//book::checkin();

多态性是OO paradigm的重要特性，ADT paradigm不具备此特性，如果在使用时混用二者，极易造成sliced并且产生意外后果。

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OO paradigm 与 ADT paradigm

在OO中，程序员需要处理一个个未知实体，它的类型虽然有所界定，却具备无穷可能。实体的类型受限于继承体系，但继承体系的深度与广度没有限制。原则上，被指定的Object的真实类型在每一个特定动作执行前无法确认，只有通过pointer或reference才能够完成这一系列操作。但在ADT中，程序员处理的是一个拥有固定且单一形态的实体，其所有特性在编译时期就已被完全定义：

//无法确定px rx的动态类型
Library_material *px = sth;
Libraay_material &rx = *px;
//静态类型已知
Library_material dx = *px;

多态的实现要求此object必须经由pointer或reference存取，但pointer与reference的操作并不总是构成多态（例如其指向对象不在继承体系中）。

多态

C++以下列方法支持多态：

1. 一组隐式转换操作，例如把一个derived class指针转为指向base class的指针。
2. virtual function机制
3. 经由dynamic_cast与typeid运算符

多态的主要用途是经由一个共同的接口来影响类型的封装，该接口通常被定义在一个abstract base class中，通过多态性，我们得以保证当类型发生修改时，程序代码无需改变。

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object的大小

 
究竟一个object需要占用多少内存？一般而言，object的内存占用由三部分组成：

1. 所有non-static data member所占大小
2. 为了支持virtual而产生的额外开销（vptr)
3. 齐位所带来的额外占用

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指针类型差异

 

ZooAnimal *px;
int *pi;
Array<String> *pta;

这三种指针有什么不同吗？
以内存需求的角度而言，这三种指针并无不同，都需要足够的内存来放置一个机器地址。“指向不同类型的指针的差异”（ZooAnimal*、int*等等），既不在于指针表示法，也不在于内容（地址）不同，而在于其寻址得到的object类型不同。“指针类型”的主要功能是：教导编译器如何解释某个特定地址中的内存内容及其大小：

1. 一个指向地址1000的int*，在地址空间上将涵盖1000~1003（32位及其上整数是4-bytes）
2. 如果String基于传统实现，那么地址空间上将涵盖1000~1015（4+8+4）
   

那如果现存在一个地址为1000但类型为void*的指针呢？我们无法了解其指向的具体对象，也无法判断它具体如何覆盖地址空间。

所以说，cast只是一种编译器指令，它并不改变真正的地址，只是影响编译器如何去解读地址。

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引入多态之后的指针

 
现有继承体系如下：

class Bear::public ZooAnimal{
public:
    Bear();
    ~Bear();
    void rotate();//继承得到的virtual
    virtual void dance();//特有
protected:
    enum Dances {...};
    Dances dances_known;
    int cell_block;
};
Bear b("Yogi");
Bear *pb = &b;
Bear &rb = *pb;

b、pb、rb的内存需求何如？
pointer与refernce只需要一个字长的大小，Bear object 需要24 bytes（ZooAnimal的16 bytes + Bear自有的8 Bytes）：

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pointer to base 与 pointer to derived

Bear b;
ZooAnimal *pz = &b;
Bear *pb =&b;

一个Bear*与一个ZooAnimal*有何区别？
它们都指向了b的第一个byte，其差别在于pz只涵盖了b中的ZooAnimal subobject部分，pb则是涵盖了整个Bear object。除了Base部分之外，你无法调用任何Bear的专属member，唯一例外是virtual机制。当我们写下：

pz->rotate();

pz的类型将在编译期检查以下两点：（显式接口）

1. 该接口是否存在于base内
2. 该接口的access level是否为public

在运行期，pz所指向的object决定了rotate的调用实体。类型信息的封装并不存在于pz中，而是存在于vbtl的首元素。

考虑如下情况：

Bear b;
ZooAnimal za =b;//sliced
za.rotate();//ZooAnimal::rotate()

为什么调用的并不是Bear的函数实体？此外，如果初始化函数复制了object，为什么vptr没有发生变化指向新的vbtl？
关于第二个问题，编译器给出的答案是：如果某个object含有一个或以上一个以上的vptrs，这些vptrs的内容不会在初始化或赋值时发生改变。
对于第一个问题，答案是：za并不也不可能是一个Bear，它只能是一个ZooAnimal。有这么一种似是而非的观念：OO程序设计并不支持对object的直接处理。例如在如下继承体系中：

ZooAnimal za;
ZooAnimal *pza;
Bear b;
Panda *pp = new Panda;
pza =&b;

其内存布局可能如下：

我们只需要认定，pointer与reference的类型决定了该段内存被如何解析。但如果你试图改变object za的大小，比如将整个Bear Object赋给它，那就直接引发了sliced，于是多态便不再呈现。

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OO与OB

 
C++通过pointer与reference来实现多态，这种程序设计风格被称为面向对象。
C++也支持ADT程序风格，现如今它们被称为OB（object-based）。OB提供封装的非多态形式，也不支持类型扩充，其典型实例就是STL中的各类容器。OB比OO更具备空间紧凑性，且提供更快的速度，但其缺点在于缺乏设计弹性。
在OO与OB之间存在着取舍，在我们使用之前必须分析当前应用领域的实际需求。