C++：如何在不强制转换的情况下避免继承类中的“无效协变返回类型”？

Question

我有一个非常复杂的类层次结构，其中的类是相互依赖的交叉类：有两个抽象类 A 和 C，其中包含一个分别返回 C 和 A 实例的方法。在他们继承的类中，我想使用协变类型，在这种情况下这是一个问题，因为我不知道一种方法来前向声明继承关系。

我得到一个“test.cpp:22: error: invalid covariant return type for 'virtual D* B::outC()'”-错误，因为编译器不知道 D 是 C 的子类。

class C;

class A {
public:
        virtual C* outC() = 0;
};

class C {
public:
        virtual A* outA() = 0;
};


class D;

class B : public A {
public:
        D* outC();
};

class D : public C {
public:
        B* outA();
};

D* B::outC() {
        return new D();
}

B* D::outA() {
        return new B();
}

如果我将 B::outC() 的返回类型更改为 C*，则示例编译。有没有办法在继承的类中保留 B* 和 D* 作为返回类型（对我来说有办法很直观）？

Answer 1

我不知道在 C++ 中有直接耦合的协变成员。您必须要么添加一个层，要么自己实现协变返回。

对于第一个选项

class C;

class A {
public:
        virtual C* outC() = 0;
};

class C {
public:
        virtual A* outA() = 0;
};


class BI : public A {
public:
};

class D : public C {
public:
        BI* outA();
};

class B: public BI {
public:
        D* outC();
};

D* B::outC() {
        return new D();
}

BI* D::outA() {
        return new B();
}

第二次

class C;

class A {
public:
        C* outC() { return do_outC(); }
        virtual C* do_outC() = 0;
};

class C {
public:
        virtual A* outA() = 0;
};


class D;

class B : public A {
public:
        D* outC();
        virtual C* do_outC();
};

class D : public C {
public:
        B* outA();
};

D* B::outC() {
        return static_cast<D*>(do_outC());
}

C* B::do_outC() {
        return new D();
}

B* D::outA() {
        return new B();
}

请注意，第二个选项是由编译器隐式完成的（通过一些静态检查来确定 static_cast 是否有效）。

Answer 2

据我所知，如果不进行显式强制转换，就无法做到这一点。问题是类B的定义不能知道D是C的子类，直到它看到类D的完整定义，但类D的定义不能知道B 是 A 的子类，直到它看到类 B 的完整定义，所以你有一个循环依赖。这无法通过前向声明解决，因为不幸的是前向声明无法指定继承关系。

尝试使用模板实现协变 clone() 方法时存在类似的问题，which I found can be solved，但类似的解决方案在这里仍然失败，因为循环引用仍然无法解决。

Answer 3

由于客户端的期望，您不能这样做。使用 C 实例时，您无法分辨它是哪种 C（D 或其他）。因此，如果您将 B 指针（来自对派生类的调用，但您在编译时不知道）存储到 A 指针中，我不确定所有内存内容是否正确。

当您在多态类型上调用方法时，运行时环境必须检查对象的动态类型并移动指针以适应您的类层次结构。我不确定你应该依赖协方差。看看this