爲什麼C風格的演員表現不同於dynamic_cast？

Question

我有下面的類層次結構：

class IControl 
{ 
    virtual void SomeMethod() = 0; // Just to make IControl polymorphic. 
}; 

class ControlBase 
{ 
public: 
    virtual int GetType() = 0; 
}; 

class ControlImpl : public ControlBase, public IControl 
{ 
public: 
    virtual void SomeMethod() { } 

    virtual int GetType() 
    { 
     return 1; 
    } 
}; 

我有一個ICONTROL抽象類和ControlBase類。 ControlBase類不會從IControl繼承，但我知道每個IControl實現都將從ControlBase派生。

我有下面的測試代碼中，我與施放ICONTROL引用到ControlBase（因爲我知道它提煉出來的）的dynamic_cast，也與C風格投：

int main() 
{ 
    ControlImpl stb; 
    IControl& control = stb; 

    ControlBase& testCB1 = dynamic_cast<ControlBase&>(control); 
    ControlBase& testCB2 = (ControlBase&)control; 
    ControlBase* testCB3 = (ControlBase*)&control; 

    std::cout << &testCB1 << std::endl; 
    std::cout << &testCB2 << std::endl; 
    std::cout << testCB3 << std::endl; 
    std::cout << std::endl; 
    std::cout << testCB1.GetType() << std::endl; // This properly prints "1". 
    std::cout << testCB2.GetType() << std::endl; // This prints some random number. 
    std::cout << testCB3->GetType() << std::endl; // This prints some random number. 
} 

只有dynamic_cast能夠正常工作，另外兩個強制轉回的內存地址略有不同，GetType（）函數會返回不正確的值。

這是什麼原因？ C風格演員是否最終使用reinterpret_cast？它與多態對象如何在內存中對齊有關？

Answer 1

我認爲你的例子中的類名有點混亂。我們稱它們爲Interface,Base和Impl。請注意0​​和Base是無關。

C++ Standard在[expr.cast]中定義了C風格轉換，稱爲「顯式類型轉換（轉換符號）」。你可以（也許應該）閱讀整個段落，以確切地知道C風格演員是如何定義的。在OP的例子中，以下是足夠的：

A C風格可以執行的[expr.cast]一個/ 4的轉化率：

• const_cast
• static_cast
• static_cast其次const_cast
• reinterpret_cast
• reinterpret_cast其次const_cast

這個列表的順序是非常重要的，因爲：

如果轉換一個以上的上面所列的方式，首先出現在列表中使用的解釋來解釋，甚至如果由該解釋產生的演員陣容不合格。

讓我們來看看你的榜樣

Impl impl; 
Interface* pIntfc = &impl; 
Base* pBase = (Base*)pIntfc; 

不能使用的const_cast，在列表中的下一個元素是static_cast。但是類Interface和Base是無關，因此沒有static_cast，可以轉換從Interface*到Base*。因此，使用reinterpret_cast。

附加說明：實際的回答你的問題是：因爲有上面的列表中沒有dynamic_cast，C風格的投從來沒有表現得像一個dynamic_cast。

---

如何實際地址改變不是C++語言定義的一部分，但我們可以利用它可以如何實現的例子：

與至少一個虛擬類的每個對象函數（繼承或擁有）包含（在此示例中，讀取：可能包含）指向vtable的指針。如果它從多個類繼承虛擬函數，則它包含多個指向vtables的指針。由於空基類優化（沒有數據成員）的Impl一個實例可以是這樣的：

 
+=Impl=======================================+ 
|           | 
| +-Base---------+ +-Interface---------+ | 
| | vtable_Base* | | vtable_Interface* | | 
| +--------------+ +-------------------+ | 
|           | 
+============================================+ 

現在，例如：

 Impl impl; 

    Impl* pImpl = &impl; 
Interface* pIntfc = pImpl; 
    Base* pBase = pImpl; 

 
+=Impl=======================================+ 
|           | 
| +-Base---------+ +-Interface---------+ | 
| | vtable_Base* | | vtable_Interface* | | 
| +--------------+ +-------------------+ | 
|^    ^     | 
+==|==================|======================+ 
^ |     | 
| +-- pBase   +-- pIntfc 
| 
+-- pimpl 

如果你不是做一個reinterpret_cast，結果是實現定義的，但可能會導致如下所示：

 Impl impl; 

    Impl* pImpl = &impl; 
Interface* pIntfc = pImpl; 
    Base* pBase = reinterpret_cast<Base*>(pIntfc); 

 
+=Impl=======================================+ 
|           | 
| +-Base---------+ +-Interface---------+ | 
| | vtable_Base* | | vtable_Interface* | | 
| +--------------+ +-------------------+ | 
|     ^     | 
+=====================|======================+ 
^      | 
|      +-- pIntfc 
|      | 
+-- pimpl    +-- pBase 

即，地址不變，pBase指向Impl對象的Interface子對象。

請注意，取消引用指針pBase將我們帶到UB-land，標準並未指定應發生什麼。在這個示例性實現中，如果調用pBase->GetType()，則使用vtable_Interface*，其中包含SomeMethod條目，並調用該函數。這個功能不會返回任何東西，所以在這個例子中是，鼻魔被召喚並接管了世界。或者從堆棧中取出一些值作爲返回值。

Answer 2

這是什麼原因？

確切的原因是，dynamic_cast保證在這種情況下按標準工作，而其他類型調用未定義的行爲。

C風格演員是否最終使用reinterpret_cast？

是的，在這種情況下它的確如此。 （A方面說明：永不使用C風格演員）。

它與多態對象如何在內存中對齊有關嗎？

我會說它與使用多重繼承的多態對象在內存中的佈局方式有關。在具有單一繼承的語言中，dynamic_cast將不是必需的，因爲基礎子對象地址將與派生對象地址重合。在多重繼承情況下，情況並非如此，因爲存在多個基本子對象，並且不同基本子對象必須具有不同的地址。

有時編譯器可以計算每個子對象地址與派生對象地址之間的偏移量。如果偏移量不爲零，則投射操作將成爲指針加法或減法而不是空操作。 （在虛擬繼承upcast的情況下，它有點複雜，但編譯器仍然可以這樣做）。

有至少兩個情況下，當編譯器不能做到這一點：

1. 交叉鑄造（即，兩個類均未是一個基類中的另一個之間）。
2. 從虛擬基地向下傾斜。

在這些情況下，dynamic_cast是鑄造的唯一方法。