非引用的静态转换答案

【问题标题】：Static cast on non-references非引用的静态转换
【发布时间】：2021-04-30 15:58:48
【问题描述】：

考虑以下程序：

#include <iostream>

class Pet {};

class Cat: public Pet {
public:
    void meow() const {
        std::cout << "Meow!" << std::endl;
    }
};

int main() {
    Cat myCat;    
    Pet& myPet = myCat;
    static_cast<Cat&>(myPet).meow();
    
    // Undefined behavior?
    Pet myOtherPet;
    static_cast<Cat&>(myOtherPet).meow();
}

在我的机器上，输出是：

Meow!
Meow!

正如预期的那样，myPet 能够很好地meow()，因为它不只是任何Pet&，而是分配了值myCat，它属于Cat。

然而，令我惊讶的是myOtherPet 也可以meow()。我可以推测，由于meow() 不使用任何类数据，该程序只是让我将我的通用宠物用作猫。

更糟糕的是，请考虑以下程序：

#include <iostream>

class Person {};

class Student: public Person {
public:
    float Average = 28.7;
    void print() const {
        std::cout << "Average: " << Average << std::endl;
    }
};

int main() {    
    Person& myPerson = myStudent;
    static_cast<Student&>(myPerson).print();
    
    // Undefined behavior?
    Person myOtherPerson = myStudent;
    static_cast<Student&>(myOtherPerson).print();
}

在我的机器上，输出是：

Average: 28.7
Average: 0

这一次myOtherPerson，不是学生，只是神奇的得到了Average的数据。

这种行为在编译器之间是一致的还是未定义的？
这样的使用会导致分段错误吗？

【问题讨论】：

什么是“非参考”？
您是从左值进行转换，因此将转换后的对象视为引用。
"myOtherPerson，不是学生，刚刚神奇地获得了附加到它的平均数据" - 不，它没有。 print 调用调用未定义的行为，并且打印出像 0 这样的垃圾值是这种 UB 的一种可能表现形式。

标签： c++ static-cast

【解决方案1】：

static_cast 带有引用的两个合法用例是已经存在隐式转换序列或当您向下转换时。这两种情况都不是，因为myOtherPet 实际上不是Cat。您可以查看static_asserthere 的合法用例。

两者都是未定义的行为。您说 myOtherPet 是 Cat 和 myOtherPerson 是 Student 是在对编译器撒谎，而它们不是。它可能会打印“喵！”，它可能会崩溃，它可能会打印任意输出，或者它可能会执行其他操作。

这种行为在编译器之间是一致的还是未定义的？

这是未定义的行为。

这样的使用会导致分段错误吗？

此代码允许任何行为，包括分段错误。

【讨论】：

【解决方案2】：

通常我认为static_cast 允许正常的隐式转换或它们的逆转换。那么为什么这个对象没有，说你必须使用reinterpret_cast呢？

阅读https://en.cppreference.com/w/cpp/language/static_cast

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），则此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，并且可能只有在通过其他方式保证此前提条件时才能安全使用，...

因此，这两种类型之间存在基础/派生关系。您正在指定“向下转型”，编译器会按照您的意愿行事。如果类型不相关，static_cast 确实会被拒绝。如果要进行类型检查，则需要改用dynamic_cast 并具有虚函数，以便运行时检查可能。

【讨论】：