将派生类的指针数组转换为基类指针数组 [英] Convert array of pointers of derived class to array of base class pointers

问题描述

考虑如下的继承层次结构： A / B1 B2 / C | D 用C++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，我似乎想不出如何使用数组获得相同的行为。请考虑以下代码示例，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：

• 为什么以上断言失败？
• 如何实现所需的行为？
• 我偶然注意到，如果我从A类到D类删除双精度字段，上面的Dynamic_Cast就会起作用。为什么会这样？

推荐答案

问题是(A*)d不等于d！

看，您有一个类似

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*转换为A*时，编译器将为您注入必要的算法。

但当您通过reinterpret_cast强制转换它，或者将D**强制转换为A**时，指针将保持其数值不变，因为强制转换不会赋予编译器取消引用第一层以调整第二层的权利。

但指针仍将指向D的vtable，而不是A的vtable，因此不会被识别为A。

---

更新：我检查了编译器(g++)中的布局，图片现在应该反映了在有问题的情况下生成的实际布局。它表明虚拟碱基位于负偏移量。这是因为虚拟基址根据实际类型处于不同的偏移量，因此它不能是对象本身的一部分。

对象的地址确实与第一个非虚拟基地的地址一致。但是，对于具有虚方法或虚基类的对象，规范不能保证它，因此也不要依赖它。

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这说明了使用适当的强制转换的重要性。可以通过static_cast、dynamic_cast或函数样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。

但是，使用reinterpret_cast清楚地表明编译器将不会调整，您可以自行调整。

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

可以，但

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

是编译错误。

C样式强制转换的问题是，它在可能的情况下执行static_cast，否则执行reinterpret_cast，因此您可以跨越边界到达未定义的行为土地，而不会被注意到。这就是不应该在C++中使用C风格强制转换的原因。永远不会。

请注意，由于别名规则，写入reinterpret_cast本质上总是隐含未定义的行为。至少GCC根据别名规则进行了优化。唯一的例外是cv-(signed/unsigned)char *，它免除了严格的别名。但只有在指向standard layout types的指针之间进行转换才有意义，因为您不能依赖具有基(任何，而不仅仅是虚拟)和/或虚拟成员的对象的布局。

这篇关于将派生类的指针数组转换为基类指针数组的文章就介绍到这了，希望我们推荐的答案对大家有所帮助，也希望大家多多支持IT屋！