C++指针多继承的乐趣

Question

我正在编写一些涉及从基本引用计数指针类继承的代码；并且出现了一些复杂的 C++。我已将其减少如下：

假设我有：

class A{};
class B{};
class C: public A, public B {};

C c;
C* pc = &c;
B* pb = &c;
A* pa = &c;

// does pa point to a valid A object?
// does pb point to a valid B object?

// does pa == pb ?

此外，确实：

// pc == (C*) pa ?
// pc == (C*) pb ?

谢谢！

Answer 1

• pa 是否指向有效的 A 对象？
• pb 是否指向有效的 B 对象？

是的，C* 被转换，以便 pa 和 pb 指向正确的地址。

• pa == pb 吗？

不，通常不会。同一地址不能有A 对象和B 对象。

此外，确实

• pc == (C*) pa ?
• pc == (C*) pb ?

强制转换将指针转换回C 对象的地址，因此两个等式都为真。

Answer 2

C++ Common Knowledge: Essential Intermediate Programming中的Item 28 Meaning of Pointer Comparison)解释了C++中对象指针的关键：

在 C++ 中，一个对象可以有多个有效地址，并且指针比较不是关于地址的问题。这是一个关于对象身份的问题。

看一下代码：

class A{};
class B{};
class C: public A, public B {};

C c;
C* pc = &c;
B* pb = &c;
A* pa = &c;

class C 派生自class A 和class B，所以class C 既是class A 又是class B。对象 C c 有 3 个有效地址：class A、class B 和 class C 的地址。实现依赖于编译器，所以不能假设class C的内存布局，可能是这样的：

 ----------  <- pc (0x7ffe7d10e1e0)
 |        |
 ----------  <- pa (0x7ffe7d10e1e4)
 | A data |
 ----------  <- pb (0x7ffe7d10e1e8)
 | B data |
 ----------
 | C data |
 ----------

在上述情况下，虽然pc、pa和pb的地址值不一样，但它们都指向同一个对象（c），所以编译器必须保证pc比较等于pa 和pb，即pc == pa 和pc == pb。编译器通过将要比较的指针之一的值调整适当的偏移量来完成此比较。例如，

pc == pa

翻译成：

pc ? ((uintptr_t)pc + 4 == (uintptr_t)pa) : (pa == 0)

另外，由于A和B没有继承关系，我们不能直接比较pa和pb。

对于您的问题：

(1) does pa point to a valid A object?  
(2) does pb point to a valid B object?  
Yes, refer the above diagram. 

(3) pc == (C*) pa ?  
(4) pc == (C*) pb ?  
Yes, No need to add (C*).

(5) does pa == pb ?
No. We can't compare them.

Answer 3

C 嵌入了 A 和 B。

class C: public A, public B {};

与 C 代码非常相似

struct C {
    A self_a;
    B self_b;
};

如果您使用的是直接 C，(B*) &c; 等效于 static_cast< B* >( &c ) 类似于 &c.self_b。

一般来说，您不能依赖指向不同类型的指针是可互换或可比较的。

Answer 4

pc == pa;
pc == pb;

未定义，取决于类结构。

pc == (C*) pa;
pc == (C*) pb;

没关系。

pa == pb;

没有。

它们是否指向有效对象？

Yes

Answer 5

你在内存中得到的是这样的东西

 ----------
 | A data |
 ----------
 | B data |
 ----------
 | C data |
 ----------

因此，如果您想要整个 C 对象，您将获得指向内存开头的指针。如果您只想要 A“部分”，您将获得相同的地址，因为那是数据成员所在的位置。如果你想要 B “部分”，你会得到开头 + sizeof(A) + sizeof（编译器为 vtable 添加的任何内容）。 因此，在示例中，pc != pb（可能是 pc != pa）但 pa 永远不等于 pb。