将指向前向声明类的指针转换为 C++ 中的真正基类是否安全？答案

【问题标题】：Safe to cast pointer to a forward-declared class to its true base class in C++?将指向前向声明类的指针转换为 C++ 中的真正基类是否安全？
【发布时间】：2010-05-05 16:38:26
【问题描述】：

在我的一个头文件中：

#include "BaseClass.h"
// a forward declaration of DerivedClass, which extends class BaseClass.
class DerivedClass ;
class Foo {
   DerivedClass *derived ;
   void someMethod() {
       // this is the cast I'm worried about.
       ((BaseClass*)derived)->baseClassMethod() ;
   } 
};

现在，DerivedClass（在它自己的头文件中）是从 BaseClass 派生的，但是编译器在读取上面的 Foo 类定义时并不知道这一点。但是 Foo 指的是 DerivedClass 指针，而 DerivedClass 指的是 Foo 指针，所以它们不能都知道彼此的声明。

第一个问题是在没有派生类的完整定义的情况下，将派生类指针转换为其基类指针类型是否安全（根据 C++ 规范，而不是在任何给定的编译器中）。

第二个问题是是否有更好的方法。我知道我可以将 someMethod() 的主体移出类定义，但在这种情况下，内联它很重要（实际测量热点的一部分 - 我不是在猜测）。

【问题讨论】：

我建议使用 C++ 的强制转换运算符而不是 C 风格的强制转换。你会遇到更少的麻烦，编译器会给你更多的信息。在这里，编译器正在执行reinterpret_cast，这几乎肯定不是您想要的。
如果您希望函数为inline，请将其标记为inline。无需在类中定义它。您仍然可以在头文件中定义它，以便该定义在包含该头文件的任何 TU 中可用。编译器可能会像您在类定义中定义它一样实际内联它。在这两种情况下都不能保证是内联的。
@SteveJessop 也许 OP 想要一些简单的示例代码来说明问题？

标签： c++ pointers casting

【解决方案1】：

它可能有效，但风险很大。

问题是大多数时候Derived* 和Base* 在底层确实具有相同的值（您可以打印）。但是，一旦您拥有虚拟继承和多继承，情况就不是这样了，而且标准肯定不能保证。

当使用static_cast 时，编译器执行必要的算术（因为它知道类的布局）来调整指针值。但这种调整不是由reinterpret_cast 或C 风格的演员执行的。

现在，您可以像这样完美地修改您的代码：

// foo.h
class Derived;

class Foo
{
public:
  void someMethod();
private:
  Derived* mDerived;
};

// foo.cpp
#include "myProject/foo.h"

#include "myProject/foo.cpp"

void Foo::someMethod() { mDerived->baseClassMethod(); }

无论如何：您使用的是指向 Derived 的指针，但您应该注意一些问题：特别是如果您打算 new 类的一个实例，您需要重新定义类的Copy Constructor、Assignment Operator 和Destructor 以正确处理指针。还要确保在每个 Constructor 中初始化指针值（无论是 NULL 还是 Derived 的实例）。

这并非不可能，但要记录自己。

【讨论】：

【解决方案2】：

您应该使用 c++ 样式转换，而不是 c 样式。原因是你正在做的实际上是一个 reinterpret_cast，也就是说，没有一些罕见的用途，几乎普遍不安全。

您正在执行的演员阵容未正确完成。您可能可以安全地在两者之间进行转换，这是实现定义的（标准仅保证 void* 能够保存指向任何类型的指针），但如果您之后实际使用新指针，您将召唤鼻恶魔。

大多数时候，这些鼻恶魔是良性的，您不会注意到它们（在相当多的实现中）。但是，如果您使用多重继承，这些相同的鼻恶魔将变得非常狡猾。即便如此，您也不应该将未定义的行为视为“安全”或其他任何本质上不好的行为，除非根本没有其他方法可以得到您需要的东西（作为一名专业人士，我从未遇到过）。

这带来了不使用 c 样式转换的全部原因。有一些非常、非常少和非常罕见的情况，但作为一名专业人士，我从来没有遇到过。 c 风格转换的问题在于，它们会根据情况的语义默默地更改为不同类型的转换。在您不知情的情况下，单独代码区域中的微小代码更改可能会严重改变强制转换操作。当语义更改为需要不同类型的强制转换时，c++ 风格的强制转换会通知您，c 风格的强制转换只会默默地改变；当使用 c 风格的强制转换时，您可以从已定义的行为转到未定义的行为，而没有任何线索表明它已经发生了。

【讨论】：

【解决方案3】：

您在这里拥有的是 C++ 术语中的 reinterpret_cast（因为“已知是安全的”static_cast 会导致编译器错误），我对此非常怀疑。

难道不能转发声明 Foo 为 Derived 吗？

【讨论】：