通过基类指针进行奇怪的模板类转换答案

【问题标题】：Strange template class conversion through the base class pointer通过基类指针进行奇怪的模板类转换
【发布时间】：2021-09-23 05:08:25
【问题描述】：

为什么这段代码在 C++ 中有效：

class Base
{
public:
    Base() = default;

    // base class stuff...
};

template<typename NumericType>
class Numeric : public Base
{
public:
    Numeric() : m_value() {}

    void setValue(NumericType value) { m_value = value; }
    NumericType value() const { return m_value; }

private:
    NumericType m_value;
};

int main()
{
    auto integerPtr = new Numeric<int>();
    Base *basePtr = integerPtr;

    if (auto doublePtr = static_cast<Numeric<double>*>(basePtr)) {
        doublePtr->setValue(6543423.634234);
        std::cout << "Wow: " << doublePtr->value() << std::endl;
    }

    return 0;
}

老实说，我期待编译错误，或者至少 static_cast 会失败，但是这个代码示例可以编译、运行，甚至可以正常工作。

但是我想知道如果我们尝试设置一个大于需要超过 4 字节内存的值，这是否会导致未定义的行为（因为该对象专用于 int 类型（通常为 4 字节）但我正在尝试存储双）。

使用 MCVS2019 32 位编译。

【问题讨论】：

标签： c++ templates type-conversion

【解决方案1】：

见static_cast from cppreference:

如果 new_type 是指向某个类 D 的引用或指针，并且表达式是其非虚拟基 B 的左值或指向它的纯右值指针，则 static_cast 执行向下转换。（如果 B 是模棱两可的、不可访问的或 D 的虚拟基（或虚拟基的基），则这种向下转换是格式错误的。）这种向下转换不进行运行时检查以确保对象的运行时类型实际上是 D , 并且只有在通过其他方式保证此前提条件时才能安全使用，例如在实现静态多态性时。可以使用 dynamic_cast 进行安全向下转换。

您的代码调用了未定义的行为，因为强制转换格式不正确。您应该使用dynamic_cast 进行向上/向下转换。在Base 中提供一个虚拟析构函数然后这段代码：

#include <iostream>

class Base
{
public:
    Base() = default;
    virtual ~Base() = default;
};

template<typename NumericType>
class Numeric : public Base
{
public:
    Numeric() : m_value() {}

    void setValue(NumericType value) { m_value = value; }
    NumericType value() const { return m_value; }

private:
    NumericType m_value;
};

int main()
{
    auto integerPtr = new Numeric<int>();
    Base *basePtr = integerPtr;

    if (auto doublePtr = dynamic_cast<Numeric<double>*>(basePtr)) {
        doublePtr->setValue(6543423.634234);
        std::cout << "Wow: " << doublePtr->value() << std::endl;
    }

    return 0;
}

是正确的，不会产生预期的输出。

为什么这段代码在 C++ 中有效

这不是有效的代码。请记住，不正确的代码不一定会产生编译器错误。当您的代码具有未定义的行为时，任何事情都可能发生。

PS：我原以为您的代码会在启用优化时崩溃。令我惊讶的是，它似乎仍然有效 (https://godbolt.org/z/czfobbfqo)。那是未定义行为的讨厌的一面。它可能会被忽视，并且只会在您交付代码并在您的客户面前进行演示后爆炸；）。

【讨论】：