将派生 class 的指针数组转换为基数 class 指针的数组

Question

考虑这样的继承层次结构： A / \ B1 B2 \ / C | D 像这样在 C++ 中实现：

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，显然我可以做这样的事情：

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：

为什么上述断言会失败？
我怎样才能达到预期的效果？
我偶然注意到，如果我从类 A 到 D 中删除双字段，上面的 dynamic_cast 会起作用。这是为什么？

Answer 1

问题是，(A*)d在数值上不等于 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。

但是当你通过 reinterpret_cast 或将 D** 转换为 A** 时，指针将保持其数值，因为转换确实不给编译器取消引用第一层以调整第二层的权利。

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：我检查了编译器 (g++) 中的布局，图片现在应该反映了在相关案例中生成的实际布局。它表明虚拟基地位于 negative 偏移处。这是因为虚拟基础根据实际类型处于不同的偏移量，因此它不能成为对象本身的一部分。

对象的地址与第一个非虚拟基地址一致。但是，规范不保证对象具有虚方法或基类，所以也不要依赖它。

这显示了使用适当转换的重要性。可以通过 static_cast、dynamic_cast 或函数式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 清楚地表明编译器不会调整，你要靠自己。

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

没问题，但是

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

是编译错误。

C 风格转换的问题在于它会在可能的时候static_cast 否则reinterpret_cast，所以你可以跨越边界到未定义的行为在没有注意到的情况下落地。这就是为什么您 不应该在 C++ 中使用 C 风格的转换。曾经.

请注意，由于别名规则，写作 reinterpret_cast 基本上总是暗示未定义的行为。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。但是只有在指向 standard layout types 的指针之间进行强制转换才有意义，因为您不能依赖具有基础（任何，不仅仅是虚拟）and/or 虚拟成员的对象布局。

将派生 class 的指针数组转换为基数 class 指针的数组

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

c++

arrays

polymorphism

multiple-inheritance