C++使用数据成员时为何未观察到运行时多态行为

你观察到的现象是两个C++语言规则共同导致的，和"数据成员能不能实现多态"的认知偏差直接相关：

• 第一，你的代码触发了对象切片（Object Slicing）。C++默认是值语义，当你用Animal d = Dog();这种写法把派生类对象直接赋值给基类类型的栈变量时，编译器只会拷贝Dog对象里属于基类Animal的那部分内存，Dog类自己独有的成员（包括你在Dog里定义的color成员）会被直接截断丢弃，最终d就是一个纯粹的Animal实例，没有保留任何Dog类型的特征。
• 第二，C++的运行时多态机制从设计上就不支持通过普通数据成员实现。运行时多态依赖虚函数表的动态绑定机制，只有被virtual修饰的成员函数才能在运行时根据对象的实际类型匹配调用实现；而数据成员的访问地址是编译期就静态绑定好的——编译器会根据你用来访问对象的变量/指针/引用的类型，直接计算对应类型下该成员的内存偏移，根本不会等到运行时判断对象的真实类型。
  哪怕你避开对象切片，用基类指针指向Dog实例，通过基类指针访问color成员，拿到的依然是基类里定义的"Black"：因为Dog类实例的内存布局里，首先存的是从Animal继承来的子对象（包含基类的color成员），之后才是Dog自己定义的color成员，编译器在编译Animal*->color这行代码时，已经固定把访问地址指向基类子对象的color偏移，不会访问到派生类自己的同名成员。你在派生类定义和基类同名的成员，本质只是名字遮蔽，和多态没有任何关系。

要实现你预期的多态效果，必须同时满足两个前提：一是用virtual声明虚成员函数，二是通过基类的指针或引用访问对象，避免对象切片，参考代码如下：

#include <iostream>
#include <string>

class Animal {
public:
    // 基类声明虚函数，提供默认实现
    virtual std::string getColor() const {
        return "Black";
    }
    // 多态基类必须定义虚析构函数，避免派生类资源泄漏
    virtual ~Animal() = default;
};

class Dog : public Animal {
public:
    // 重写基类虚函数，用override关键字让编译器校验重写合法性
    std::string getColor() const override {
        return "Grey";
    }
};

int main() {
    // 用基类指针指向派生类对象，不会发生切片
    Animal* d = new Dog();
    Animal d1;
    // 调用虚函数触发动态绑定
    std::cout << d->getColor() << std::endl; // 输出Grey
    std::cout << d1.getColor() << std::endl; // 输出Black
    delete d;
    return 0;
}

• 永远不要尝试通过重定义同名数据成员的方式实现多态，这种写法只会造成代码逻辑混乱，没有任何多态效果。
• 值传递、值赋值派生类对象给基类变量时必然发生对象切片，编写多态代码时要全程使用指针或引用操作多态对象。
• 只有虚函数能触发动态绑定，普通成员函数、数据成员的访问都是编译期静态确定的。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者coder_01