使用空指標呼叫成員函式會如何？

舉個例子：base是基類，裡面有兩個函式：non-virtual func2 以及 virtual func1;
derived是派生類，使用public繼承自base,裡面有四個函式：virtual func1，non-virtual func3，non-virtual func4以及static non-virtual func5，特別注意：func4呼叫了基類的函式func2。具體如下程式碼：

class base
{
public:
    base(string s = "base") : _s(s) {}
    virtual string
 
 func1(string t) {
        return (_s + t);
    }
    string func2(string t)  { return (_s + t); }
private:
    string _s;
};

class derived : public base
{
public:
    virtual string func1(string t) {
        return t;
    }
    string func3(string t) {
        return t;
    }
    string func4(string
 
 t) {
        return func2(t);
    }
    static string func5(string t) {
        return t;
    }
};

在這中繼承關係的基礎上，我們來看看各種呼叫的結果：

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
int main()
{
    derived* D = new derived();
    base* B1 = new base();
    base* B2 = D;
    derived* DNull = NULL;
    string
 
 t = "hello";
    cout << B1->func1(t) << endl;  //basehello
    cout << B2->func1(t) << endl;   //hello
    cout << D->func1(t) << endl;    //hello
    cout << D->func3(t) << endl;    //hello
    cout << D->func4(t) << endl;    //basehello
    //cout << DNull->func1(t) << endl; //錯誤
    cout << DNull->func3(t) << endl;    //hello
    //cout << DNull->func4(t) << endl; //錯誤
    cout << DNull->func5(t) << endl;    //hello
    delete B1;
    delete D;
    return 0;
}

在分析結果之前，有幾個概念需要分清楚：

1. 靜態型別：宣告時所採用的型別或者表示式生成的型別，在編譯期就確定了。
2. 動態型別：實際記憶體中的物件型別，在執行期確定。
3. 靜態繫結：繫結靜態型別，發生在編譯期。
4. 動態型別：繫結動態型別，發生在執行期，通常通過指標和引用來呼叫虛擬函式是動態繫結，其他一般為靜態繫結。
   有了基本的瞭解，再來看上面的例子：

    cout << B1->func1(t) << endl;  //basehello
    cout << B2->func1(t) << endl;   //hello

這兩行的輸出是比較顯然的，需要注意的是B1的靜態型別和動態型別都是base,採用的是靜態繫結，而B2呼叫的是虛擬函式，B2的靜態型別是base，但是動態型別卻是derived。

    cout << D->func1(t) << endl;    //hello
    cout << D->func3(t) << endl;    //hello
    cout << D->func4(t) << endl;    //basehello
    cout << D->func5(t) << endl;    //hello

這幾行也都比較好理解，都是通過derived的指標物件D呼叫函式，只不過函式不同，有的是虛擬函式，有的是非虛擬函式，還有的是靜態函式。
接下來是重點，使用空指標呼叫函式：

    //cout << DNull->func1(t) << endl; //錯誤
    cout << DNull->func3(t) << endl;    //hello
    //cout << DNull->func4(t) << endl; //錯誤
    cout << DNull->func5(t) << endl;    //hello

第一行使用DNull呼叫虛擬函式func1 為什麼會出錯呢？我來談談我的理解。一個指標ptr呼叫虛擬函式在內部會被轉化為：

(*ptr->vptr[1])(ptr)

其中vptr是虛表指標指向virtual table; 1是virtual table slot的索引值，關聯到呼叫的虛擬函式；第二個ptr表示this指標。關於函式語意，參考我這篇讀書筆記。這裡顯式使用this指標，而ptr本身是一個空指標，這就是矛盾的，因此我覺得這個原因導致其出錯。在知乎上也有這個問題的討論，見連結為什麼C++呼叫空指標物件的成員函式可以執行通過？

然後再看第二個DNull->func3(t) 的輸出：可以正確輸出hello。我們從Function語義學來看，一個非靜態成員函式通常的內部轉化有3點，分別是：
1.新增this指標；
2.Name Mangling(函式名稱的特殊處理)；
3.NRV(Named Return Value)優化;
func3經過內部轉化可能變成下面的樣子：

void func3_string(derived * const this, string t, string& result) {
    result.string::string(); //defalut ctor
    result = t;
}

轉化之後的函式並沒有對this指標有任何操作，因此使用空指標呼叫該函式可以有正確的結果。
再看第三個DNull->func4(t) ，而func4經過內部轉化可能變成下面的樣子：

void func3_string(derived * const this, string t, string& result){
    result.string::string(); //defalut ctor
    result = this->func4(t);
}

轉化之後的函式顯式呼叫了this指標，因此使用空指標呼叫該函式會出錯。
最後一個 DNull->func5(t)，使用空指標呼叫靜態成員函式，靜態成員函式沒有this指標，故肯定能呼叫成功。

總結

我個人使用空指標呼叫成員函式的理解是：如果空指標呼叫成員函式沒有呼叫this指標，就能成功呼叫，否則就會出錯。

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主要參考自侯捷老師的《深度探索C++物件模型》

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