为什么C++多态必须使用指针或引用？——从内存布局和对象身份的角度深入解析

Derived derived;    // 派生类对象，包含Base部分和Derived部分
Base base = derived; // 对象切片：只拷贝Base部分

// 内存布局对比：
// derived: [vptr|base_data|derived_data] ← 完整对象
// base:    [vptr|base_data]              ← 被切片的对象

Base base = derived;
base.callVirtual(); // 编译器强制静态绑定

// 底层代码展开：
// 不是：base->__vptr->callVirtual(&base); ❌
// 而是：Base::callVirtual(&base);         ✅ 强制静态调用

Derived derived;
Base* ptr = &derived; // ptr指向完整对象

// 内存布局：
// ptr → [vptr|base_data|derived_data] ← 完整的Derived对象

// 多态调用的底层机制：
void (*func)(void*) = object->__vptr->vfunc_array[index];
func(object); // 传递完整的对象地址

Derived derived;
Base base = derived;

// 假设编译器不进行静态绑定：
base.__vptr->callVirtual(&base); // 灾难！

// Derived::callVirtual期望的this指针布局：
// [vptr|base_data|derived_data]
// 但实际传递的this指针布局：
// [vptr|base_data] ← 缺少derived_data！

class Shape {
public:
    virtual double area() const = 0;
};

class Circle : public Shape {
    double radius;
public:
    double area() const override { return 3.14 * radius * radius; }
};

void bad_function() {
    Circle circle(5.0);
    Shape shape = circle; // 对象切片
    // 如果这里多态生效：
    double a = shape.area(); // 会访问不存在的radius成员！
}

Circle circle(5.0);
Shape* shape = &circle;
double area = shape->area(); // 安全：通过完整对象的vptr调用

Circle circle(5.0);
Shape& shape = circle;
double area = shape.area(); // 安全：引用绑定到完整对象

std::unique_ptr<Shape> shape = std::make_unique<Circle>(5.0);
double area = shape->area(); // 安全且自动内存管理