将派生类的指针数组转换为基类指针数组

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？

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解决方案

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。

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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。