C++中的静态绑定和动态绑定

C++在面向对象编程中，存在着静态绑定和动态绑定的定义，本节即是主要讲述这两点区分。
我是在一个类的继承体系中分析的，因此下面所说的对象一般就是指一个类的实例。
首先我们需要明确几个名词定义：

• 静态类型：对象在声明时采用的类型，在编译期既已确定；
• 动态类型：通常是指一个指针或引用目前所指对象的类型，是在运行期决定的；
• 静态绑定：绑定的是静态类型，所对应的函数或属性依赖于对象的静态类型，发生在编译期；
• 动态绑定：绑定的是动态类型，所对应的函数或属性依赖于对象的动态类型，发生在运行期；

从上面的定义也可以看出，非虚函数一般都是静态绑定，而虚函数都是动态绑定（如此才可实现多态性）。
先看代码和运行结果：

 1 class A

 2 {

 3 public:

 4     /*virtual*/ void func(){ std::cout << "A::func()\n"; }

 5 };

 6 class B : public A

 7 {

 8 public:

 9     void func(){ std::cout << "B::func()\n"; }

10 };

11 class C : public A

12 {

13 public:

14     void func(){ std::cout << "C::func()\n"; }

15 };

下面逐步分析测试代码及结果，

1 C* pc = new C(); //pc的静态类型是它声明的类型C*，动态类型也是C*；

2 B* pb = new B(); //pb的静态类型和动态类型也都是B*；

3 A* pa = pc;      //pa的静态类型是它声明的类型A*，动态类型是pa所指向的对象pc的类型C*；

4 pa = pb;         //pa的动态类型可以更改，现在它的动态类型是B*，但其静态类型仍是声明时候的A*；

5 C *pnull = NULL; //pnull的静态类型是它声明的类型C*,没有动态类型，因为它指向了NULL；

如果明白上面代码的意思，请继续， 

1 pa->func();      //A::func() pa的静态类型永远都是A*，不管其指向的是哪个子类，都是直接调用A::func()；

2 pc->func();      //C::func() pc的动、静态类型都是C*，因此调用C::func()；

3 pnull->func();   //C::func() 不用奇怪为什么空指针也可以调用函数，因为这在编译期就确定了，和指针空不空没关系；

 如果注释掉类C中的func函数定义，其他不变，即

1 class C : public A

2 {

3 };

4 

5 pa->func();      //A::func() 理由同上；

6 pc->func();      //A::func() pc在类C中找不到func的定义，因此到其基类中寻找；

7 pnull->func();   //A::func() 原因也解释过了；

如果为A中的void func()函数添加virtual特性，其他不变，即

1 class A

2 {

3 public:

4     virtual void func(){ std::cout << "A::func()\n"; }

5 };

6 

7 pa->func();      //B::func() 因为有了virtual虚函数特性，pa的动态类型指向B*，因此先在B中查找，找到后直接调用；

8 pc->func();      //C::func() pc的动、静态类型都是C*，因此也是先在C中查找；

9 pnull->func();   //空指针异常，因为是func是virtual函数，因此对func的调用只能等到运行期才能确定，然后才发现pnull是空指针；

分析：
在上面的例子中，

1. 如果基类A中的func不是virtual函数，那么不论pa、pb、pc指向哪个子类对象，对func的调用都是在定义pa、pb、pc时的静态类型决定，早已在编译期确定了。

    同样的空指针也能够直接调用no-virtual函数而不报错（这也说明一定要做空指针检查啊！），因此静态绑定不能实现多态；

2. 如果func是虚函数，那所有的调用都要等到运行时根据其指向对象的类型才能确定，比起静态绑定自然是要有性能损失的，但是却能实现多态特性；

 本文代码里都是针对指针的情况来分析的，但是对于引用的情况同样适用。

至此总结一下静态绑定和动态绑定的区别：
1. 静态绑定发生在编译期，动态绑定发生在运行期；

2. 对象的动态类型可以更改，但是静态类型无法更改；

3. 要想实现动态，必须使用动态绑定；

4. 在继承体系中只有虚函数使用的是动态绑定，其他的全部是静态绑定；

 建议：

绝对不要重新定义继承而来的非虚(non-virtual)函数（《Effective C++ 第三版》条款36），因为这样导致函数调用由对象声明时的静态类型确定了，而和对象本身脱离了关系，没有多态，也这将给程序留下不可预知的隐患和莫名其妙的BUG；

 

另外，在动态绑定也即在virtual函数中，要注意默认参数的使用。当缺省参数和virtual函数一起使用的时候一定要谨慎，不然出了问题怕是很难排查。
看下面的代码：

 1 class E

 2 {

 3 public:

 4     virtual void func(int i = 0)

 5     { 

 6         std::cout << "E::func()\t"<< i <<"\n";

 7     }

 8 };

 9 class F : public E

10 {

11 public:

12     virtual void func(int i = 1)

13     {

14         std::cout << "F::func()\t" << i <<"\n";

15     }

16 };

17 

18 void test2()

19 {

20     F* pf = new F();

21     E* pe = pf;

22     pf->func(); //F::func() 1  正常，就该如此；

23     pe->func(); //F::func() 0  哇哦，这是什么情况，调用了子类的函数，却使用了基类中参数的默认值！

24 }

为什么会有这种情况，请看《Effective C++ 第三版》 条款37。
这里只给出建议：
绝对不要重新定义一个继承而来的virtual函数的缺省参数值，因为缺省参数值都是静态绑定（为了执行效率），而virtual函数却是动态绑定。