为什么从基础到派生的 static_cast 转换在基础内部而不在外部有效

Question

为什么从基类到派生的 static_case 转换在基类内部有效，但在基类外部无效

#include <iostream>
using std::cout;

class Base
{
public:
    template <typename T>
    int getValue() const { return static_cast<const T&>(*this).getValue(); }
};

class Derived: public Base
{
public:
    Derived(int v): value(v) { }
    int getValue() const { return value; }
    int value;
};

class Another
{
    int getValue() const { return 5; }
};

template <typename T>
void out(const Base & base) {
    cout << base.getValue<T>() << '\n';
}

int main() {
    Derived d(5);
    Base b;
    out<Derived>(d);    //understandable, d has derived part.
    out<Derived>(b);   //don't understand, b is only base.
    out<Another>(b);    //compile time error   
    //static_cast<Derived>(b);   //compile time error
}

我阅读了this 关于 CRTP 的文章并偶然发现了这段代码：

template <typename T>
class Base
{
public:
    void doSomething()
    {
        T& derived = static_cast<T&>(*this);
        use derived...
    }
};

class Derived : public Base<Derived>
{
    ...
};

我也不清楚这里的转换是如何工作的。

Answer 1

static_cast 转换仅在此转换合法时才可使用。在您的代码中，您正在创建类Base 的对象，并且您正试图将其转换为类Derived。幸运的是，Derived::getValue() 的实现不使用任何数据成员，而是从文字返回一个值。无论如何，这是未定义的行为。

在 CRTP 的情况下，不会创建 Base 类的实例：仅使用 Derived 的实例。

更新。试试这个：

//static_cast<Derived>(b);   doesn't compile
static_cast<Derived&>(b);   shall compile

更新 2。您会收到垃圾邮件，因为 Derived::getValue() 使用了数据成员（在您的代码的初始版本中未使用数据成员）。

Answer 2

这是 C++ 规则的一部分。 static_cast 可用于将基类表达式转换为派生类。如果在运行时，该对象实际上不是派生类对象的基类子对象，则它是未定义的行为，无需诊断。

你问题的第一句话是不正确的，这个演员表可以写在代码的任何地方。

out<Another>() 编译失败，因为Another 与Base 没有继承关系。

Answer 3

main() 中的最后一次转换在语法上不正确，并且不等同于模板中的代码，您不能将对象向上转换为对象（您可以向下转换，导致类型收缩）。在上面的模板中，您可以转换引用。

Derived&可以绑定Base&，static_cast没办法查。 CRTP 确保了这一点，因为 this 指向 Derived 类型的存储，*this 导致可以安全地转换为 Derived& 引用对象的引用。

当Base 不是Another 的基类时，对Another 的引用不能绑定到对Base 的引用。在这种情况下，使用static_cast 转换指针或引用是非法的。

模板代码是合法的，如果 CRTP 有效，因为模板代码在 Derived 足够完整的类型（即使用模板的地方）被实例化。模板本身不生成任何东西，也不编译，只检查正确性。

不过，在 CRTP 中，有些事情是不可能的，例如使用派生类的基类嵌套类型声明作为完整类型，原因很简单：与成员变量和函数不同，它们不完整且不受前向查找的影响。如果需要这样的使用，则必须在 Base 之前定义第三种类型，包含所需的声明。