模板和接口的多重继承问题

Question

我正在开发一个使用 tcl 解释器的项目，我们将 c++ 对象和方法绑定到 tcl 命令。绑定是具有 ClientData 指针参数（几乎是 void*）的 c++ 函数。然后，我们将其转换为我们期望的对象，并与该对象进行交互。

我正在整合一组模板化的类。当我将这些类绑定到 tcl 命令时，我不知道模板参数，所以我使用抽象的“接口”基类与它们交互并将模板参数放在实现类中，所以我不需要模板参数使用它们。

最重要的是，我有一个处理所有常见操作的基类，以及处理所有其他事情的派生类，它们都有接口类。

我创建了一个简单的示例来说明我想要完成的工作。但是我的代码显然更复杂。

StackTest.h

#include <string>
#include <iostream>
#define STRLEN 1000
class BaseInterFace
{
public:
    BaseInterFace(){};
    virtual ~BaseInterFace(){};
    virtual const char *GetNameOfClass() const=0;
    virtual void BaseAction()=0;
};

template<typename T>
class Base: public BaseInterFace
{
public:
    Base(){};
    virtual ~Base(){};
    virtual const char *GetNameOfClass() const
    {
        std::cout << "This is " << this << std::endl;
        return "Base";
    }

    virtual void BaseAction(){
        printf("Base Action Done.\n");
    }
};
class DerivedInterface
{
public:
    DerivedInterface(){};
    virtual ~DerivedInterface(){};
    virtual void DerivedAction(double value)=0;
};

template<typename T>
class Derived :
public Base<T>,public DerivedInterface
{

public:
    char tclName_[STRLEN];
    Derived(){};
    virtual ~Derived(){};
    virtual const char *GetNameOfClass() const
    {   std::cout << "This is " << this << std::endl;
        return "Derived";
    }
    virtual void DerivedAction(double value){
        printf("Derived Action Done.\n");
    }

};

简单示例 这个例子没有意义，因为我知道类型。但是当我不这样做时它会模拟，这就是我使用它的方式。

Derived <short> *a = new Derived <short>();
void *cd = (void *)a;
printf("Base_BaseActionMtd\n");
BaseInterFace *b = (BaseInterFace *)cd;
printf("InputClass: %s\n",b->GetNameOfClass());
b->BaseAction();
printf("Done!\n");
BaseInterFace *b2 = (BaseInterFace *)cd;
printf("InputClass: %s\n",b2->GetNameOfClass());
DerivedInterface *c = (DerivedInterface *)cd;
c->DerivedAction(.01);
printf("Done!\n");

这个输出：

Base_BaseActionMtd
This is 0x1089fdc00
InputClass: Derived
Base Action Done.
Done!
This is 0x1089fdc00
InputClass: Derived
This is 0x1089fdc00
Done!

派生动作没有发生，它调用GetNameOfClass？我不明白。即使我在派生接口中放了一个 printf，也不会出现。 此外，如果我在派生中切换继承顺序，我会从 BaseAction 得到奇怪的行为。 看起来我的 vtables 发生了一些奇怪的事情。这可能与模板参数有关吗？ 如果我使用(Derived<short> *) 进行投射，它工作正常。 我想了解我做错了什么，以及如何正确地使用模板进行 MI。

据我所知，这些操作没有任何歧义。 所以我的问题是双重的。
1) MI 是这里的正确答案吗？有很多类需要派生，另一个继承链将使用相同的 Base，所以我想尽可能多地重用代码。但如果有更好的方法，我宁愿避免 MI。 2) 我对 MI 做错了什么？

Answer 1

底线是，如果您知道 void* 将被转换为 to，那么在转换为 void* 时将相同的指针类型转换为 from。在多继承场景中，其他任何事情都有可能失败。在你的情况下，替换这个：

Derived<short> *d = new Derived<short>();
void *cd = (void*)d;
DerivedInterface *di = (DerivedInterface*)cd;
di->DerivedAction(.01);

用这个：

Derived<short> *d = new Derived<short>();
DerivedInterface *di = (DerivedInterface*)d;
void *cd = (void*)di;
DerivedInterface *di2 = (DerivedInterface*)cd;
di2->DerivedAction(.01);

第一个代码错误而第二个代码正确的原因在于，第二个代码在 void* 的两个转换中使用了相同的指针类型。

让我们看一下对象布局，以了解为什么会出现这种情况，以及为什么您的示例最终会调用错误的函数。 （注意：这个讨论在概念上是正确的，但实现并不完全匹配。它足以向您展示如何正确编码。）

首先，让我们看一下 BaseInterface 对象的布局：

如您所知，由于纯虚方法，您实际上无法实例化 BaseInterface 对象，但是当使用 BaseInterface 指针时，这是编译器所期望的布局。有一个编译器生成的成员变量 vtable，它指向一个函数指针数组，每个虚函数一个。对base_interface_instance->GetNameOfClass() 的调用实际上是对base_interface_instance->vtable[1]() 的调用，base_interface_instance->BaseAction() 实际上是对base_interface_instance->vtable[2]() 的调用。

Base 对象的布局看起来就像 BaseInterface 的布局。当您创建这种类型的对象时，vtable 包含指向每个虚函数的基类实现的指针。对 base_instance->GetNameOfClass() 的调用看起来就像对 BaseInterface 对象 base_instance->vtable[1] 所做的那样。

如果 Base 有任何超出 BaseInterface 中定义的附加虚函数，它们将被放置在 vtable 的末尾。这就是为什么使用单继承，您可以在继承链上下进行简单的转换并安全地使用结果指针（只要对象确实是您要转换的类型或从它派生的类型）。它们都使用相同的 vtable 指针来调用虚函数。更多的派生类碰巧知道 vtable 会向下扩展，从而可以访问在继承链中稍后定义的虚函数。

DerivedInterface 布局如下所示：

多重继承有点不同。您的 Derived 类的实例如下所示：

现在应该清楚为什么调用了错误的函数。从 void* 转换为 DerivedInterface* 后，编译器认为它正在使用 DerivedInterface 对象的内存布局，但它实际上指向的是反映 BaseInterface 布局的对象部分。 c->DerivedAction() 正在调用 c->vtable[1]，但 vtable 指向 BaseInterface 的虚拟方法（Derived 类布局中的 vtable1），而不是 DerivedInterface 的方法（Derived 类布局中的 vtable2）。 vtable[1] 是 Base::GetNameOfClass()，而不是 Derived::DerivedAction()。

所以，重复底线，如果您知道 void* 将被转换为到，然后在转换为 void* 时将相同的指针类型转换为 from。在多继承方案中，其他任何事情都有可能失败。

Answer 2

您发布的代码示例似乎不可编译：

DerivedInterface *c = (DerivedInterface *)clientData;
c->DerivedAction(.1);

但是您发布的DerivedInterface 类的定义是：

class DerivedInterface
{
public:
    DerivedInterface(){};
    virtual ~DerivedInterface(){};
    virtual DerivedAction()=0;
};

您的DerivedInterface 类定义的唯一DerivedAction() 方法是不带参数的方法，而您的示例代码传递float 或double 参数。

这甚至无法编译。如果您想帮助找出您没有从代码中获得预期结果的原因：

1. 发布一个最低限度的完整示例。将构建和编译的最小代码片段，但会演示您的问题。

2. 说明您期望的结果，以及使用示例代码获得的结果。

发布随机的 sn-ps 代码，甚至无法编译，但提出假设代码编译和运行的问题，就像这里一样，不太可能得到有用的答案。

Answer 3

您将Derived* 转换为void*，然后尝试将void* 转换为DerivedInterface*，您无法通过多重继承（或可靠地使用任何继承）执行此类转换，DerivedInterface 不会与Derived 位于同一地址。对 void* 唯一能做的就是将其转换回原始对象。

以下任何一种都可以：

Derived<short>* a = new Derived<short>;
DerivedInterface *c = a;
c->DerivedAction(.01);

---

Derived<short>* a = new Derived<short>;
BaseInterFace *cd = a;
DerivedInterface *c = dynamic_cast<DerivedInterface*>(cd);
c->DerivedAction(.01);

---

你必须使用void*，你必须先将它转换回Derived<short>。请考虑避免使用 c 风格的强制类型转换，如果您使用 c++ 类型，编译器能够拾取某些类型的无效类型转换。