dynamic_cast 真的适用于多重继承吗？

Question

我想看看是否可以创建“接口”，继承它们，然后在运行时检查是否有任何随机类实现了该接口。这就是我所拥有的：

struct GameObject {
    int x,y;
    std::string name;

    virtual void blah() { };
};

struct Airholder {
   int oxygen;
   int nitrogen;
};

struct Turf : public GameObject, public Airholder {
   Turf() : GameObject() {
      name = "Turf";
   }

   void blah() { };
};

void remove_air(GameObject* o) {
   Airholder* a = dynamic_cast<Airholder*>(o);
   if(!a) return;
   a->oxygen   = 0;
   a->nitrogen = 0;
};

现在，它可以工作了。文档说它有效，测试示例有效。但是，直到我向 GameObject 添加了一个虚拟方法，它才编译。问题是，我真的不知道该功能是否打算像那样使用。让我感到奇怪的是，我必须为正在检查的类声明一个虚函数。但很明显，没有，我检查的类本身没有虚函数，实际上我的整个代码都与虚函数无关，这是一种完全不同的方法。

所以，我想我的问题是：如果我正在做的事情真的有效，为什么我需要一个虚函数来为我的班级提供一个 vtable？为什么我不能将类声明为“运行时类型”或没有虚函数的东西？

Answer 1

标准的第 5.2.7 节说：

1. 表达式 dynamic_cast(v) 的结果是将表达式 v 转换为类型的结果 T. T 应为指向完整类类型的指针或引用，或“指向 cv void 的指针”。类型不得 在 dynamic_cast 中定义。 dynamic_cast 运算符不应抛弃 constness (5.2.11)。
2. 如果 T 是指针类型，v 应该是指向完整类类型的指针的右值，结果是右值 类型 T。如果 T 是引用类型，则 v 应为完整类类型的左值，结果为 T 所指的类型。
3. 如果 v 的类型与所需的结果类型相同（为方便起见，在此将其称为 R 描述），或者它与 R 相同，只是 R 中的类对象类型比类更 cv-qualified v 中的对象类型，结果为 v（必要时转换）。
4. 如果在指针情况下v的值为空指针值，则结果为R类型的空指针值。

5. 如果 T 是“指向 cv1 B 的指针”并且 v 具有“指向 cv2 D 的指针”类型，使得 B 是 D 的基类，则结果是 指向 v 所指向的 D 对象的唯一 B 子对象的指针。类似地，如果 T 是“对 cv1 B 的引用” v 具有类型“cv2 D”，使得 B 是 D 的基类，结果是 unique60) B 子对象的左值 v 引用的 D 对象。在指针和引用的情况下，cv1 应该是相同的 cvqualification as 或大于 cv2 的 cv 限定，并且 B 应是可访问的明确基类 D. [示例：

   结构 B {};
   结构 D : B {};
   无效 foo(D* dp)
   {
   B* bp = dynamic_cast(dp); // 等价于 B* bp = dp;
   }
   ——结束示例]

6. 否则，v 应为指向多态类型 (10.3) 的指针或左值。

并且要使类型具有多态性，它需要一个虚函数，根据第 10.3 节：

虚拟函数支持动态绑定和面向对象的编程。一个声明或 继承虚函数称为多态类。

所以原因是“因为标准是这样说的”。这并不能真正告诉您为什么标准这么说，但我认为其他答案很好地涵盖了这一点。

Answer 2

所以，我想我的问题是：如果我正在做的事情真的有效，为什么我需要一个虚函数来给我的班级一个 vtable？为什么我不能将类声明为“运行时类型”或没有虚函数的东西？

虚函数的存在使得 C++ 中的类具有多态性。 dynamic_cast<> 仅适用于多态类。 （编译器将拒绝对非多态对象的动态转换。）

多态性在时间和空间（内存）上都有成本。对虚拟函数的调用现在是间接的，通常根据虚拟表实现。在一些关键的地方，这些成本简直是不可接受的。因此，该语言提供了避免这些成本的方法。

类似的概念存在于该语言的其他地方。基本原则是，如果您不想使用某些高大上的功能，则不必为某些人确实想要使用它的事实付费。

Answer 3

dynamic_cast 要求类型是多态的，并且没有任何虚拟方法（或至少是虚拟析构函数），类型不是（运行时）多态的。简单的继承是不够的。如果没记错，dynamic_cast 使用的运行时类型信息会存储在 vtable 旁边。

Answer 4

有两个主要原因。首先是它没有用例。继承的重点是虚函数。如果您不使用虚函数，请不要使用继承。

第二个是由于 C++ 编译模型，实际实现在没有虚函数的情况下工作的dynamic_cast 非常复杂。实际实现dynamic_cast 的唯一方法是对虚拟表进行操作——二进制数据块是无类型的。您可以定义一个类，然后在一个 TU 中只使用dynamic_cast 它 - 现在一个 TU 认为该类有一个 vtable 而一个没有。那将是立即糟糕的。在还没有虚函数的类上允许dynamic_cast 就是export，这意味着“极难实现”。

Answer 5

正如其他人所说，您至少需要一个虚函数才能使类具有多态性。为什么这很重要，dynamic_cast 本身就是一个多态操作！给定一个基类指针，它会根据调用它的实际对象返回不同的结果。

C++ 有“不要为不需要的东西买单”的理念，因此不提供 vtable（或编译器使用的任何机制），除非存在由虚函数确定的需要。显然 C++ 的设计者认为这是正确操作 dynamic_cast 的合理要求，否则他们会提供一种在没有它的情况下生成 vtable 的方法。

Answer 6

[编辑] 根据 cmets（人们比我聪明），我的回答完全错误。但是，无论如何都要让你的析构函数成为虚拟的。 [/编辑]

在 C++ 中，我认为只有在析构函数是虚拟的情况下，向上转换为基类型才是安全的。从技术上讲它是安全的，但实际上，您几乎总是需要一个虚拟析构函数。例如：

class Base {
   int thingy;
};
class Derived : Base{
   int *array;
   Derived() {array = new int[100];}
   ~Derived() {delete [] array;}
};
int main() {
    std::auto_ptr<Base> obj(dynamic_cast<Base*>(new Derived));
}

在本例中，当 obj 超出范围时，auto_ptr 会自动调用 Base 的析构函数，但不会调用 Derived 的析构函数，因为类型是 Base，而不是 Derived。 [编辑：更正]这会导致未定义的行为（在最好的情况下，它会导致内存泄漏）。我不知道为什么 C++ 不需要虚拟析构函数来编译强制转换，它确实应该。