C++调用空指针对象的成员函数成功的理解

前言

之前在与朋友聊天的时候说到C++中定义的空类对象指针（nullptr），也可以调用类的成员函数，不用进行具体的实例初始化。示范代码是这样的：

class A{
public:
static void func1()
{
cout << __FUNCTION__ << endl;
}
public:
void func2()
{
cout << __FUNCTION__ << endl;
}
};

int main(){

A *a = nullptr;
cout << "a:" << a << endl;
A::func1();
a->func1();
a->func2();

return 0;
}

上面的两个函数都能够正常的进行输出打印。这其中的原理就涉及到C++的静态绑定和动态绑定了。

原理

因为对于非虚成员函数，Ｃ++这门语言是静态绑定的。这也是Ｃ++语言和其它语言Java, Python的一个显著区别。但是C++中为什么要进行这样的定义呢？答案是处于性能的考虑。为了节约内存和提高调用效率，一般类成员的存储分成两块，一块是单个instance所有，比如非静态成员变量，另一块是所有instances共享的，比如函数代码。这样的布局是对于性能有好处的，代码只要load一次，减少了cache占用和miss。如果你的函数不引用任何instance独有的内存部分，nullptr并无问题，因为不会使用this，只会使用类instance共享的部分，这部分始终存在，即使你没有任何类实例。反之就会出问题，因为你试图访问不存在的数据。

例1. 如下面我们试图按照之前的方式访问，类中定义的成员变量的时候就会报错：

class A{
public:
int m_num;
public:
void func2()
{
cout << __FUNCTION__ << " " << this->m_num << endl;
}
}

例2. 当试图按照之前的方式去访问类中定义的虚函数的时候，也会报错。这是因为这就是不是静态绑定的范畴了：

class A{
public:
virtual void func3()
{
cout << __FUNCTION__ << endl;
}
};