将派生类指针数组转换为基类指针数组

Convert array of pointers of derived class to array of base class pointers

本文关键字：数组 指针 基类 转换 派生      更新时间：2023-10-16

考虑这样一个继承层次: A / B1 B2 / C | D 在c++中实现如下:

class A {
public:
    A() {};
    virtual ~A() = 0;
    double a;
};
A::~A() {};
class B1 : virtual public A {
public:
    B1() {}
    virtual ~B1() {}
    double b1;
};
class B2 : virtual public A {
public:
    B2() {}
    virtual ~B2() {}
    double b2;
};
class C : public B1, public B2 {
public:
    C() {}
    virtual ~C() {}
    double c;
};
class D : public C {
public:
    D() {}
    virtual ~D() {}
    double d;
};

现在，显然我可以这样做:

D *d = new D();
A *a = (A*) d;
D *d_down = dynamic_cast<D*>(a);
assert(d_down != NULL); //holds

然而，我似乎不知道如何使用数组获得相同的行为。请考虑下面的代码示例，以了解我的意思:

D *d[10];
for (unsigned int i = 0; i < 10; i++) {
    d[i] = new D();
}
A **a = (A**) d;
D *d_down = dynamic_cast<D*>(a[0]);
assert(d_down != NULL); //fails!

所以我的问题是:

  • 为什么上述断言失败?
  • 我怎样才能达到我想要的行为?
  • 我注意到，偶然地，上面的dynamic_cast工作，如果我从类A到d删除双字段。为什么?

问题是，(A*)d 与d在数值上不等于

看，有一个像

这样的对象
+---------------------+
| A: vtable ptr A     | <----- (A*)d points here!
|    double a         |
+---------------------+
+---------------------+
| D:                  | <----- d points here (and so do (C*)d and (B1*)d)!
|+-------------------+|
|| C:                ||
||+-----------------+||
||| B1: vptr B1,C,D |||
|||     double b1   |||
||+-----------------+||
||+-----------------+|| <----- (B2*)d points here!
||| B2: vptr B2     |||
|||     double b2   |||
||+-----------------+||
||    double c       ||
|+-------------------+|
|    double d         |
+---------------------+

当您通过static_cast或dynamic_cast将D*强制转换为A*时，编译器将为您注入必要的算术。

但是当你通过reinterpret_cast强制转换它，或者将D**强制转换为A**，这是一样的，指针将保持它的数值，因为强制转换没有给编译器取消引用第一层来调整第二层的权利。

但是指针仍然指向D的虚值表，而不是A的虚值表，因此不会被识别为A。

更新:我检查了编译器中的布局(g++)，图片现在应该反映在有问题的情况下生成的实际布局。它表明虚基存在于负偏移处。这是因为虚基的偏移量取决于实际类型，所以它不能成为对象本身的一部分。

对象的地址与第一个非虚基的地址一致。然而，规范并不能保证具有虚方法或虚基的对象具有这种特性，因此也不要依赖它。

这显示了使用适当的强制转换的重要性。可以通过static_cast、dynamic_cast或函数式强制转换隐式完成的转换是可靠的，编译器将注入适当的调整。

然而，使用reinterpret_cast清楚地表明编译器将不调整，你可以自己做。

A *a = static_cast<A *>(d);

可以，但是

A **aa = static_cast<A **>(&d);

是编译错误。

c风格强制转换的问题是，它在可能的情况下使用static_cast ，否则使用reinterpret_cast，因此您可以在不注意的情况下越过边界进入未定义行为区域。这就是为什么在c++中不应该使用C风格的强制转换。。

注意，由于混叠规则，写reinterpret_cast本质上总是暗示未定义行为。至少GCC 会基于混叠规则对进行优化。唯一的例外是cv-(signed/unsigned) char *，它免于严格混叠。但是，只有将指针转换为标准布局类型才有意义，因为您不能依赖具有基类(任意，而不仅仅是虚)和/或虚成员的对象的布局。

相关文章：