Question

请考虑以下代码：

struct Base {};
struct Derived : public virtual Base {};

void f()
{
    Base* b = new Derived;
    Derived* d = static_cast<Derived*>(b);
}

标准（[n3290: 5.2.9/2]）禁止这样做，因此代码无法编译，因为Derived 虚拟继承自Base。从继承中删除virtual会使代码有效。

此规则存在的技术原因是什么？

Answer 1

技术问题是没有办法从Base*计算出Base子对象的开头和Derived对象的开头之间的偏移量。

在你的例子中，它似乎没问题，因为只有一个类具有Base基础，因此看起来与继承是虚拟的无关。但编译器不知道是否有人定义了另一个class Derived2 : public virtual Base, public Derived {}，并且正在指向Base*指向该Base子对象的Base。通常[*]，Derived子对象和Derived2子对象之间的偏移量可能与Base子对象和完整Derived子对象之间的偏移量不同。 {1}}最大派生类型为Derived的对象的对象，正是因为Base实际上是遗传的。

因此无法知道完整对象的动态类型，以及您给出演员的指针与所需结果之间的不同偏移，具体取决于动态类型。因此演员阵容是不可能的。

你的Base没有虚函数，因此没有RTTI，所以当然没有办法告诉整个对象的类型。即使Base确实有RTTI（我不会立即知道原因），演员仍然被禁止，但我想如果没有检查dynamic_cast是否可行。

[*]我的意思是，如果这个例子不能证明这一点，那么继续添加更多的虚拟继承，直到找到偏移量不同的情况; - ）

Answer 2

考虑以下函数foo：

#include <iostream>

struct A
{
    int Ax;
};

struct B : virtual A
{
    int Bx;
};

struct C : B, virtual A
{
    int Cx;
};


void foo( const B& b )
{
    const B* pb = &b;
    const A* pa = &b;

    std::cout << (void*)pb << ", " << (void*)pa << "\n";

    const char* ca = reinterpret_cast<const char*>(pa);
    const char* cb = reinterpret_cast<const char*>(pb);

    std::cout << "diff " << (cb-ca) << "\n";
}

int main(int argc, const char *argv[])
{
    C c;
    foo(c);

    B b;
    foo(b);
}

虽然不是真正可移植的，但是这个函数向我们展示了A和B的“偏移”。由于编译器在继承的情况下放置A子对象可以非常宽松（还记得最派生的对象调用虚拟基础ctor）！），实际放置取决于对象的“真实”类型。但是因为foo只获得了对B的引用，所以任何static_cast（在编译时通过最多应用一些偏移量）都必然会失败。

ideone.com（http://ideone.com/2qzQu）输出：

0xbfa64ab4, 0xbfa64ac0
diff -12
0xbfa64ac4, 0xbfa64acc
diff -8

Answer 3

从根本上说，没有真正的理由，但意图是这样的 static_cast非常便宜，最多只涉及一个或一个将常量减去指针。而且没有办法以低廉的价格实施你想要的演员;基本上，因为对象内Derived和Base的相对位置可能会发生变化如果有额外的继承，转换将需要一个好的处理dynamic_cast的开销;委员会成员可能认为这打败了使用static_cast的原因而不是dynamic_cast。

Answer 4

static_cast只能执行那些在编译时已知类之间的内存布局的转换。 dynamic_cast可以在运行时检查信息，这样可以更准确地检查转换正确性，以及读取有关内存布局的运行时信息。

虚拟继承将运行时信息放入每个对象，指定Base和Derived之间的内存布局。是一个接一个还是有一个额外的差距？由于static_cast无法访问此类信息，因此编译器将采取保守措施并仅提供编译器错误。

更详细：

考虑一个复杂的继承结构，其中 - 由于多重继承 - 有Base的多个副本。最典型的情况是钻石继承：

class Base {...};
class Left : public Base {...};
class Right : public Base {...};
class Bottom : public Left, public Right {...};

在此方案中，Bottom由Left和Right组成，其中每个都有自己的Base副本。所有上述类的内存结构在编译时都是已知的，static_cast可以毫无问题地使用。

现在让我们考虑类似的结构，但具有Base的虚拟继承：

class Base {...};
class Left : public virtual Base {...};
class Right : public virtual Base {...};
class Bottom : public Left, public Right {...};

使用虚拟继承可确保在创建Bottom时，它仅包含对象部分之间共享的一个副本Base { {1}}和Left。 Right对象的布局可以是例如：

Bottom

现在，请考虑将Base part Left part Right part Bottom part投射到Bottom（这是有效演员）。您获得了一个指向对象的Right指针，该对象分为两部分：Right和Base之间存在内存间隙，包含（现在无关的）Right部分。有关此差距的信息在运行时存储在Left的隐藏字段中（通常称为Right）。您可以阅读详细信息，例如here。

但是，如果您只是创建一个独立的vbase_offset对象，则不会存在差距。

所以，如果我只给你一个指向Right的指针，你在编译时就不知道它是一个独立的对象，还是更大的一部分（例如Right）。您需要检查运行时信息，以便从Bottom正确投射到Right。这就是Base失败而static_cast不会失败的原因。

关于dynamic_cast的说明：

虽然dynamic_cast不使用有关对象的运行时信息，但static_cast使用要求存在！因此，后一个强制转换只能用于那些包含至少一个虚函数的类（例如虚拟析构函数）

Answer 5

static_cast是一个编译时构造。它在编译时检查强制转换的有效性，如果无效强制转换则给出编译错误。

virtual ism是一种运行时现象。

两者都不能在一起。

C ++ 03标准§5.2.9/ 2和§5.2.9/ 9在这种情况下是相关的。

“指向cv1 B的指针”类型的右值，其中B是类类型，可以转换为“指向cv2 D的指针”类型的右值，其中D是从B派生的类（第10节），如果存在从“指向D的指针”到“指向B的指针”的有效标准转换（4.10），cv2与cv1相同，或者cv-qualification，cv1，和B不是虚拟基类D 。空指针值（4.10）将转换为目标类型的空指针值。如果类型“指向cv1 B的指针”的rvalue指向实际上是D类型对象的子对象的B，则生成的指针指向类型D的封闭对象。否则，转换的结果是未定义的

Answer 6

我想，这是因为具有不同内存布局的虚拟继承的类。父母必须在孩子之间分享，因此其中只有一个可以连续布局。这意味着，您无法保证能够将连续的内存区域分开以将其视为派生对象。

当涉及虚拟继承时，为什么不能使用static_cast进行向下转换？

6 个答案: