三元运算符隐式转换为基类

Question

考虑这段代码：

struct Base
{
    int x;
};

struct Bar : Base
{
    int y;
};

struct Foo : Base
{
    int z;
};

Bar* bar = new Bar;
Foo* foo = new Foo;

Base* returnBase()
{
    Base* obj = !bar ? foo : bar;
    return obj;
}

int main() {
    returnBase();
    return 0;
}

这在 Clang 或 GCC 下不起作用，给我：

错误：不同指针类型‘Foo*’之间的条件表达式 并且“Bar*”缺少强制转换 Base* obj = !bar ？ foo : 酒吧;

这意味着它要编译我必须将代码更改为：

Base* obj = !bar ? static_cast<Base*>(foo) : bar;

由于存在对 Base* 的隐式强制转换，是什么阻止了编译器这样做？

换句话说，为什么Base* obj = foo; 在没有演员表的情况下可以工作，而使用?: 运算符却不行？是因为不清楚我要使用Base 部分吗？

Answer 1

引用 C++ 标准草案 N4296，第 5.16 节 条件运算符，第 6.3 段：

• 第二个和第三个操作数中的一个或两个具有指针类型； 指针转换 (4.10) 和 限定转换 (4.4) 被执行 以将它们带到它们的复合指针类型（第 5 条）。 结果是复合指针类型。

第 5 节 表达式，第 13.8 和 13.9 段：

两个操作数 p1 和 p2 的复合指针类型分别具有 T1 和 T2 类型，其中在 至少一个是指向成员类型或 std::nullptr_t 的指针或指针，是：

• 如果 T1 和 T2 是相似类型 (4.4)，则 T1 和 T2 的 cv-combined 类型；
• 否则，需要确定复合指针类型的程序格式错误。

注意：我在此处复制 5/13.8 只是为了向您展示它没有命中。实际生效的是 5/13.9，“程序格式错误”。

以及第 4.10 节 指针转换，第 3 段：

“pointer to cv D”类型的纯右值，其中 D 是类类型，可以转换为“pointer”类型的纯右值 到 cv B”，其中 B 是 D 的基类（第 10 条）。如果 B 是不可访问的（第 11 条）或模棱两可的（10.2） D 的基类，需要进行这种转换的程序格式错误。转换的结果是 指向派生类对象的基类子对象的指针。空指针值转换为 目标类型的空指针值。

因此，Foo 和 Bar 都派生自同一个基类并不重要（完全）。重要的是指向 Foo 的指针和指向 Bar 的指针不能相互转换（没有继承关系）。

Answer 2

允许将条件运算符转换为基指针类型听起来不错，但在实践中会出现问题。

在你的例子中

struct Base {};
struct Foo : Base {};
struct Bar : Base {};

cond ? foo : bar 的类型似乎是 Base* 的明显选择。

但这种逻辑不适用于一般情况

例如：

struct TheRealBase {};
struct Base : TheRealBase {};
struct Foo : Base {};
struct Bar : Base {};

cond ? foo : bar 应该是 Base* 类型还是 TheRealBase* 类型？

怎么样：

struct Base1 {};
struct Base2 {};
struct Foo : Base1, Base2 {};
struct Bar : Base1, Base2 {};

cond ? foo : bar 现在应该是什么类型？

或者现在怎么样：

struct Base {};

struct B1 : Base {};
struct B2 : Base {};

struct X {};

struct Foo : B1, X {};
struct Bar : B2, X {};


      Base
      /  \
     /    \   
    /      \
  B1        B2 
   |   X    |
   | /   \  |
   |/     \ |
  Foo      Bar

哎哟！！祝你好运推理cond ? foo : bar。我知道，丑陋丑陋，不实用且值得猎杀，但标准仍然必须为此制定规则。

你明白了。

还要记住，std::common_type 是根据条件运算符规则定义的。

Answer 3

换句话说，为什么Base* obj = foo; 可以在没有演员表的情况下工作，但使用?: 运算符却不行？

条件表达式的类型不依赖于它所分配的内容。在您的情况下，编译器需要能够评估 !bar ? foo : bar; 而不管它被分配给什么。

在您的情况下，这是一个问题，因为foo 转换为bar 的类型或bar 都不能转换为foo 的类型。

是因为不清楚要使用Base部分吗？

没错。

Answer 4

由于存在对 Base* 的隐式强制转换，是什么阻止了编译器这样做？

根据[expr.cond]/7，

在第二个和第三个操作数上执行左值到右值、数组到指针和函数到指针的标准转换。在这些转换之后，应满足以下条件之一：

• ...
• 第二个和第三个操作数中的一个或两个具有指针类型；执行指针转换、函数指针转换和限定转换以将它们变为复合指针类型。结果是复合指针类型。

其中复合指针类型定义在[expr.type]/4:

两个操作数p1和p2分别具有类型T1和T2的复合指针类型，其中至少一个是指针或指向成员的指针类型或std​::​nullptr_t，是：

• 如果p1和p2都是空指针常量，std​::​nullptr_t;

• 如果 p1 或 p2 是空指针常量，则分别为 T2 或 T1；

• 如果 T1 或 T2 是“指向 cv1 void 的指针”而另一个类型是“指向 cv2 T 的指针”，其中 T 是对象类型或 void，则“指向 cv12 void 的指针”，其中 cv12 是 cv1 和cv2;

• 如果T1或T2是“指向noexcept函数的指针”，另一种类型是“指向函数的指针”，否则函数类型相同，则为“指向函数的指针”；

• 如果 T1 是“指向 cv1 C1 的指针”并且 T2 是“指向 cv2 C2 的指针”，其中 C1 与 C2 引用相关或 C2 与 C1 引用相关，则 T1 和 T2 的 cv 组合类型或cv-combined type分别为T2和T1；

• 如果 T1 是“指向 C1 类型 cv1 U1 的成员的指针”，T2 是“指向 C2 类型 cv2 U2 的成员的指针”，其中 C1 与 C2 引用相关或 C2 与 C1 引用相关，则 cv -分别为T2和T1的组合型或T1和T2的cv组合型；

• 如果T1和T2是相似类型，T1和T2的cv-combined类型；

• 否则，需要确定复合指针类型的程序是格式错误的。

现在你可以看到指向“common base”的指针不是复合指针类型。

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换句话说，为什么Base* obj = foo; 可以在没有演员表的情况下工作，但使用?: 运算符却不行？是不是因为不清楚我要使用Base 部分吗？

问题是规则应该独立检测条件表达式的类型，而不需要观察初始化。

具体来说，规则应该检测以下两个语句中的条件表达式是否为同一类型。

Base* obj = !bar ? foo : bar;
bar ? foo : bar;

现在，如果您确信第二条语句中的条件表达式是非良构的¹，那么在第一条语句中使它成为良构的理由是什么？

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_{¹ 当然可以制定一个规则来使这样的表达形式良好。例如，让复合指针类型包含指向明确基类型的指针。但是，这超出了这个问题，应该由 ISO C++ 委员会讨论。}