C++ 動態綁定詳解：虛函數、指針/引用調用與對象切片陷阱

核心概念

C++ 動態綁定（多態）通過 虛函數 實現，但 必須通過指針或引用調用 才能觸發。直接用對象調用會發生「對象切片」，退化為靜態綁定。

代碼對比演示

✅ 正確：指針調用觸發動態綁定

#include <iostream>
using namespace std;

const double pi = 3.14;

class A {
public:
    A() {}
    virtual double area() const { return 0.0; }
};

class B : public A {
public:
    B(double r) : R(r) {}
    virtual double area() const { return pi * R * R; }
private:
    double R;
};

int main() {
    A* fig;
    B c(3.0);
    cout << "Area of B is ";
    fig = &c;           // 基類指針指向派生對象
    cout << fig->area() << endl;  // 動態綁定：調用 B::area()
    return 0;
}
// 輸出：Area of B is 28.26

❌ 錯誤：對象賦值導致切片，靜態綁定

int main() {
    A fig;              // 基類對象
    B c(3.0);
    cout << "Area of B is ";
    fig = c;            // 對象切片！只複製 A 部分
    cout << fig.area() << endl;  // 靜態綁定：調用 A::area()
    return 0;
}
// 輸出：Area of B is 0

深度解析：為什麼會切片？

對象切片本質：A a = b; 僅拷貝 b 中繼承自 A 的成員（vptr 指向 A 的虛表），B 獨有成員（如 R）丟失，vptr 不變，故調用 A::area()。

虛函數表機制圖解

A 對象內存佈局：        B 對象內存佈局：
+----------+           +----------+
| vptr ──────────→  A's vtable   | vptr ──────────→  B's vtable
+----------+           +----------+
                       | R (double) |
                       +----------+

A's vtable:             B's vtable:
[0] &A::area()          [0] &B::area()

最佳實踐總結

1. 基類析構函數必須虛化：防止 delete base_ptr 僅調用基類析構
2. 多態調用只用指針/引用：值傳遞/返回會切片
3. override 關鍵字 (C++11)：編譯期檢查簽名匹配，防止隱藏而非覆蓋
4. final 關鍵字 (C++11)：禁止進一步覆蓋或繼承
5. 純虛函數：virtual void f() = 0; 定義接口，強制派生類實現

進階陷阱：構造/析構中調用虛函數

class Base {
public:
    Base() { init(); }  // 危險！
    virtual void init() { cout << "Base init\n"; }
};
class Derived : public Base {
public:
    Derived() { /* ... */ }
    void init() override { cout << "Derived init\n"; }  // 不會被調用！
};

規則：構造函數中動態類型尚未完全形成，虛函數調用解析為當前構造層級的版本。析構函數同理（派生部分已銷毀）。

理解動態綁定機制與對象切片是 C++ 面向對象編程的分水嶺，也是面試高頻考點。