浅析静态绑定和动态绑定

静态绑定 & 动态绑定

• 静态绑定（statically bound），又名前期绑定（early binding）；
• 动态绑定（dynamically bound），又名延期绑定（late binding）。

ps 英文名称摘自《Effective C++》 条款37。此条款中有关于“静态类型、动态类型”的描述。

在 C 语言中并没有“静态绑定”、“动态绑定”的概念（至少我没有查到）。

我理解的 C++ 类的内存模型其实就是 C 语言中的 struct 结构体。但成员函数又是归属于类所有的，所以就存在函数到类的绑定。

• 静态绑定指的就是这种绑定关系（映射关系）是在编译期间确定的；
• 动态绑定指的就是这种绑定关系（映射关系）在编译期间确定不了，得等到程序运行、执行期间才能最终确定

我们朴素地分析一下静态绑定、动态绑定。函数都有其地址，函数调用翻译成汇编代码其实就是直接用地址，很明显在汇编代码这个层次（甚至不用这么底层，C语言层次就行）不同的函数实现有不同的地址（使用C 语言的话，就有不同的函数名），但在 C++、Java 高级语言这个层次，不同的实现可能有相同的函数名（有很多种情况：重载、不同类里面相同名称、模板、继承体系中的重写），在 C++ 代码中出现一个函数调用（函数名），怎么正确地找到对应的实现（地址）呢？

1. 重载：因为参数类型或者个数不同其实是有区分的，直接在高级语言下一个层次（比如C语言层面）使用不同的命名重新包装就可以了。调用时根据传参的情况，再映射就可以了。
2. 不同的 class 里面相同名称：编译器实现这个完全可以和重载情形使用同样的方案。维护一个映射表就可以。
3. 模板：暂时不了解
4. 继承体系的重写：

我们都知道 override 函数时，两个函数的声明式肯定是一模一样的，如果不考虑 override 的概念（具体到代码中就是不使用 virtual 关键字），那么其场景和上述第 2 中就是一样的——如果是 base 类型（即便是指针）就调用 base class 的函数，如果是 derived 类型就调用 derived class 的函数。事实上都是编译期间根据维护的映射表“偷梁换柱”（映射是在声明的类型（函数声明式、类类型）-具体的函数实现之间），直接把对应的地址拿过来，ok，汇编代码完成了。

继承体系中允许 base 指针是可以指向 derived 对象，但编译器依旧是根据声明指针时的类型去映射具体的函数实现的，所以会出现一些变态的现象：

• class Base 无 void func()，class Derived 有 void func()，我们执行 Base *p=new Derived(); p->func(); 会报错找不到
• class Base 的 void func() 打印 base，class Derived 的 void func() 打印 derived，我们执行 Base *p=new Derived(); p->func(); 会打印出 base 纳尼
• class myclass 有函数 simple()，函数实现中没有对 this 解引用的操作（不管是显式的还是隐在的），我们执行 myclass *p=NULL； p->simple()； 能够正确执行

so，正如我们看到的，这就是静态绑定。

随着 OO 越来与流行，为了获得多态性，我们想要打破这种规则——继承体系中允许基类指针指向派生类对象，在此基础上我们想让基类指针可以调用派生类的函数，我们要让例二 p->func() 打印 derive 怎么办？

好吧，增添新的语言特性，使用关键词 virtual，用来表明碰到这个类的指针（或引用）调用此函数时不要根据静态类型（声明指针的类型）映射具体实现，你们要根据这个指针指向的对象的实际类型来映射具体实现（即动态绑定）。编译器说，纳尼，我靠，我哪知道啊？我只解析 declaration，只分析了变量声明的类型，内存的初始化、赋值在运行期才发生呢……好吧，编译器感觉为难做不了这个事情，只能把这个找到（绑定）函数具体实现的步骤放到运行期间了，可是效率会低一些呢。如果你要多态性，只能接受了。

具体实现中通过 virtual 关键词标记延迟绑定，然后在运行过程中，根据对象内存中的虚函数表指针获得函数地址。

如果不是通过指针或引用调用虚函数，也是在编译期间就绑定的；而没有 virtual 修饰的函数根据调用者的静态类型在编译期间直接绑定。

// Base 类有虚函数 func()// Derived 继承自 Base，且 override 了 func()   Base *p=new Derived();    p->func();

我们觉得一目了然的事情，比如编译器汇编时直接把 p->func() 调用换成 derived::func(p) 不就好了吗，实现起来很难吗？事实上编译器是卡在它只知道 p 是 base * 类型，它并不知晓 p 被初始化（赋值）了什么，它只生成“得到一个地址，把这个地址赋给 base 指针 p；根据 p 指明的地址调用 func()” 的指令，至于前一条“分配内存，初始化 derived 对象”的指令，现在是前后相邻紧挨着，其他场景可能这两条指令相差十万八千里呢。事实上我们只会在测试时写 Base *p=new Derived(); p->func(); 这样的例子，在真实的业务场景中为了效率至少应该写成 Derived derived; derived.func();，在能够确定类型的时候使用静态绑定效率更高。实际上真实的业务场景多是