从嵌套结构继承：模板和指针

Question

我正在尝试向 C++ 中的嵌套结构添加一些额外的字段，并且设计要求我希望通过继承来实现。我收到一个错误，奇怪的是，我使用的是 T* 类型还是 T** 类型。我很困惑，希望有人帮助我了解这里发生的事情。

嵌套结构是 Base::Node，我想向 Base::Node 添加一个字段 b，然后使用 Derived，如主文件所示。当我将顶部的#define 设置为 0 时，一切都会编译并正常工作。当我将 #define 更改为 1 时，我收到以下编译器错误：

main_inhtest.cpp: In instantiation of ‘Derived<int>’:
main_inhtest.cpp:52:   instantiated from here
main_inhtest.cpp:44: error: conflicting return type specified for ‘Derived<T>::DNode** Derived<T>::GetNAddr() [with T = int]’
main_inhtest.cpp:24: error:   overriding ‘Base<T>::Node** Base<T>::GetNAddr() [with T = int]’
main_inhtest.cpp: In member function ‘Derived<T>::DNode** Derived<T>::GetNAddr() [with T = int]’:
main_inhtest.cpp:57:   instantiated from here
main_inhtest.cpp:44: error: invalid static_cast from type ‘Base<int>::Node**’ to type ‘Derived<int>::DNode**’

谁能帮我理解

1. 这是否是正确的方法，是否有更好的方法，以及

2. 为什么编译器对 GetN() 方法满意，但对 GetNAddr() 方法不满意？

谢谢！

#include <iostream>

#define TRY_GET_N_ADDR 1

template <typename T> class Base {
public:
  Base() { n = new Node(); }

  struct Node
  {
    T a;
  };      
  virtual Node *GetN() { return n; }
  virtual Node **GetNAddr() { return &n; }  

  Node *n;
};

template <typename T> class Derived : public Base<T> {
public:
  Derived() { Base<T>::n = new DNode(); }

  struct DNode : Base<T>::Node
  {
    T b;
  };

  // This method is fine
  DNode *GetN() { return static_cast<DNode *>(Base<T>::GetN()); }

#if TRY_GET_N_ADDR
  // Compiler error here
  DNode **GetNAddr() { return static_cast<DNode **>(Base<T>::GetNAddr()); }
#endif
};

int main (int argc, const char * argv[]) {
  Derived<int> d;

  d.GetN()->a = 1;
  d.GetN()->b = 2;

  std::cout << d.GetN()->a << " " << d.GetN()->b << std::endl;
}

Answer 1

问题不在于嵌套结构或模板，而在于指向指针和继承的指针：

• Base* 可以包含 Derived* 的实例，因此 Base* 可以向下转换为 Derived*。
• Base** 不能容纳 Derived** 的实例，因此不能向下转换为 Derived**。

如果 Base** 可以容纳 Derived 的数组，您可以执行以下操作：

Derived* pDerived;
Derived** ppDerived = &pDerived;
Base** ppBase = ppDerived; // not allowed in real world
*ppBase = new Base;        // should be safe, right?
pDerived->derivedFunc();   // invoked on instance of Base!

最后一行会导致一些任意错误。因此，这种分配是不允许的。

Answer 2

回答你的第二个问题：

如果你覆盖一个虚函数，签名必须匹配。这条规则的唯一例外是，如果在基类中函数返回一个指针或对某个类B 的引用，那么覆盖方法可以返回指针或引用类型D，其中D 派生自B （这称为返回类型协方差）。话虽如此，您的GetN 工作的原因一定很清楚——DNode 派生自Node，基类函数返回Node*，覆盖程序返回DNode*。

现在让我们看看GetNAddr。基类方法返回Node** 或pointer to Node*。您可以在派生类的重写函数中更改此返回类型如果它要返回从 Node 派生的东西*。但这自然是不可能的，因为指针不能有派生类。 DNode* 不是从 Node* 派生的 - 因此编译器会抱怨