将派生类的指针数组转换为基类指针数组

Question

考虑像这样的继承层次结构: A / \ B1 B2 \ / C | D 在C++中实现,如下所示:

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

但是,我似乎无法弄清楚如何使用数组获得相同的行为.请考虑以下代码示例,看看我的意思是:

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:

• 为什么上面的断言失败了？
• 我怎样才能达到理想的行为？
• 我偶然注意到,如果我从A到D类中删除了双字段,那么上面的dynamic_cast会起作用.为什么会这样？

Answer 1

问题是,这(A*)d是不是数值上等于给d!

看,你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         |
+---------------------+

当您转换D*为A*,通过static_cast或时dynamic_cast,编译器将为您注入必要的算术.

但是当你通过reinterpret_cast或者D**转换A**为一个同样的东西时,指针将保持其数值,因为强制转换不会让编译器有权取消引用第一层来调整第二层.

但是指针仍然指向D的vtable,而不是A的vtable,因此不会被识别为A.

更新:我在编译器(g ++)中检查了布局,图片现在应该反映在相关案例中生成的实际布局.它表明虚拟基地生活在负偏移.这是因为虚拟基础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.

对象的地址与第一个非虚拟基地的地址一致.但是,规范并不保证它具有虚拟方法或基础的对象,因此也不要依赖它.

这表明使用适当的演员表的重要性.这可以隐式进行,通过转换static_cast,dynamic_cast或函数样式转换是可靠的,编译器将注入适当的调整.

但是使用reinterpret_cast清楚地表明编译器不会调整,你自己.

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

没关系,但是

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

是一个编译错误.

C风格转换的问题在于它static_cast 尽可能地执行,reinterpret_cast否则,您可以在不注意的情况下越过边界到未定义的行为.这就是为什么你不应该在C++中使用C风格的强制转换.永远.

请注意,由于别名规则,写入reinterpret_cast基本上总是意味着未定义的行为.至少GCC 会根据别名规则进行优化.唯一的例外是cv-(signed/ unsigned)char *,它不受严格别名的限制.但是对于标准布局类型的指针进行强制转换才有意义,因为您不能依赖于具有基础(任何,不仅仅是虚拟)和/或虚拟成员的对象的布局.