为什么 unique_ptr<Derived> 隐式转换为 unique_ptr<Base>？答案

【问题标题】：Why does unique_ptr<Derived> implicitly cast to unique_ptr<Base>?为什么 unique_ptr<Derived> 隐式转换为 unique_ptr<Base>？
【发布时间】：2020-01-30 12:39:27
【问题描述】：

我编写了以下使用 unique_ptr<Derived> 的代码，其中应该是 unique_ptr<Base>

class Base {
    int i;
 public:
    Base( int i ) : i(i) {}
    int getI() const { return i; }
};

class Derived : public Base {
    float f;
 public:
    Derived( int i, float f ) : Base(i), f(f) {}
    float getF() const { return f; }
};

void printBase( unique_ptr<Base> base )
{
    cout << "f: " << base->getI() << endl;
}

unique_ptr<Base> makeBase()
{
    return make_unique<Derived>( 2, 3.0f );
}

unique_ptr<Derived> makeDerived()
{
    return make_unique<Derived>( 2, 3.0f );
}

int main( int argc, char * argv [] )
{
    unique_ptr<Base> base1 = makeBase();
    unique_ptr<Base> base2 = makeDerived();
    printBase( make_unique<Derived>( 2, 3.0f ) );

    return 0;
}

我预计这段代码不会编译，因为根据我的理解 unique_ptr<Base> 和 unique_ptr<Derived> 是不相关的类型，unique_ptr<Derived> 实际上并不是从 unique_ptr<Base> 派生的，所以分配不应该工作。

但多亏了一些魔法，它起作用了，我不明白为什么，或者即使这样做是安全的。谁能解释一下？

【问题讨论】：

智能指针是为了丰富指针的功能，而不是限制它。如果这不可能，unique_ptr 在存在继承的情况下将毫无用处
“但多亏了它的一些魔法”。几乎，你得到了 UB，因为 Base 没有虚拟析构函数。

标签： c++ templates inheritance unique-ptr

【解决方案1】：

您正在寻找的魔法是转换构造函数 #6 here:

template<class U, class E>
unique_ptr(unique_ptr<U, E> &&u) noexcept;

它允许从即将过期的std::unique_ptr<U> 隐式构造std::unique_ptr<T> if（为清楚起见，对删除器进行了修饰）：

unique_ptr<U, E>::pointer 可隐式转换为 pointer

也就是说，它模仿隐式原始指针转换，包括派生到基的转换，并安全地执行您所期望的™（就生命周期而言 - 您仍然需要确保可以多态地删除基类型） .

【讨论】：

AFAIK Base 的删除器不会调用Derived 的析构函数，所以我不确定它是否真的安全。（诚然，它的安全性不亚于原始指针。）

【解决方案2】：

因为std::unique_ptr 有一个转换构造函数

template< class U, class E >
unique_ptr( unique_ptr<U, E>&& u ) noexcept;

和

这个构造函数只参与重载决议，如果所有以下是正确的：

a) unique_ptr<U, E>::pointer 可隐式转换为 pointer

...

Derived* 可以隐式转换为Base*，然后可以将转换构造函数应用于这种情况。然后 std::unique_ptr<Base> 可以像原始指针一样隐式地从 std::unique_ptr<Derived> 转换。（注意std::unique_ptr<Derived>必须是一个右值来构造std::unique_ptr<Base>，因为std::unique_ptr的特性。）

【讨论】：

【解决方案3】：

只要S 可转换为T，您就可以隐式从std::unique_ptr<S> 的右值构造std::unique_ptr<T> 实例。这是由于构造函数#6 here。在这种情况下，所有权被转移。

在您的示例中，您只有std::uinque_ptr<Derived> 类型的右值（因为std::make_unique 的返回值是一个右值），当您将其用作std::unique_ptr<Base> 时，将调用上述构造函数。因此，有问题的 std::unique_ptr<Derived> 对象只存在很短的时间，即它们被创建，然后所有权被传递给 std::unique_ptr<Base> 对象，以便进一步使用。

【讨论】：