C++ 多接口继承和 static_cast答案

【问题标题】：C++ multiple interfaces inheritance and static_castC++ 多接口继承和 static_cast
【发布时间】：2018-04-30 02:51:45
【问题描述】：

在以下代码中：

Live

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <functional>

struct IView {
    virtual void setOnClick() = 0;
};
struct ITextView : IView {
    virtual void setText() = 0;
};
struct IButton : ITextView {
    virtual void setRadius() = 0;
};

struct View : IView {
    int i = 1;
    virtual void setOnClick() override {
        std::cout << "setting OnClick! i: " << i << std::endl;
    };
};

/// Works as is
/// But if make "TextView : View, ITextView" - have segfault on the run
struct TextView : ITextView, View {
    int j = 2;
    virtual void setText() override {
        std::cout << "setting text! i: " << i << " j: " << j << std::endl;
    };

    // forward IView
    virtual void setOnClick() override {
        View::setOnClick();
    }
};


int main() {
    TextView tv;

    void* ptr = &tv;    // I need to pass raw pointer, and then restore "interface" from it

    ITextView* itv = static_cast<ITextView*>(ptr);  // I don't need safety checks here
    itv->setOnClick();
    itv->setText();

    return 0;
}

如果我更改 TextViews 继承顺序，我将在 itv->setText(); 调用时出现段错误。

为什么重要？我可以在这里使用static_cast，还是在这里使用UB？据我了解dynamic_cast 仅需要虚拟继承，据我所知，这种情况并非如此。

【问题讨论】：

试试ITextView* itv = &tv; void* ptr = itv;

标签： c++ inheritance casting multiple-inheritance

【解决方案1】：

指向不同类“切片”的指针是不同的。

所以当你通过 void * 传输时，你需要

void * ptr = static_cast<ITextView *>(&tv);
...
ITextView* itv = static_cast<ITextView*>(ptr)

请注意，您的基类层次结构中有两个 IView“实例”：

TextView  <- ITextView <- ... <- IView
          \- View <- IView

有虚拟继承可以把它变成“钻石”：wikipedia

【讨论】：

在 OP 的例子中，这是 UB 吗？我没有段错误，这表明
@Fureeish - 是的，它是 UB。不必为了任何或多或少的 UB 而崩溃。
静态演员在每一行都做了不同的事情。
关于虚拟继承。 1）我需要传递原始指针。不能从void* 执行dynamic_cast 2) 即使我将static_cast void* 设置为IView ，然后执行dynamic_cast，动态转换的成本也非常高。对吗？
@tower120: 1) 使用原始指针：没有必要使用dynamic_cast。只需在投射 T1 * -> void * -> T2* 时使 T1=T2。 2) 是的，dynamic_cast 至少在一般情况下可能代价高昂（通常是多重继承......） 3) 虚拟继承（或者说缺乏继承）是一个完全独立的问题：照原样，有两种方法可以转换为 @ 987654328@，这会有所不同，从 IView 到 View 的 static_cast 是模棱两可的，并且在 View 中不提供 setOnClick-Implementation 会产生令人费解的行为。

【解决方案2】：

就目前而言，您从TextView* 隐式转换为void*，然后从void* 显式转换为ITextView*。当从/到void* 进行转换时，这些转换不会执行任何指针调整，因此您最终会得到一个ITextView* 类型的指针，它实际上指向TextView（而不是它的ITextView 子对象！）：未定义的行为随之而来。

解决方案是始终在void*的“两侧”使用完全相同的类型：

TextView tv;

void* ptr = static_cast<ITextView*>(&tv); // Adjust, then convert to void*

ITextView* itv = static_cast<ITextView*>(ptr);

【讨论】：

【解决方案3】：

关键是您正在对通过 void* 传递的不同类型执行 static_cast，它将实际类型隐藏到编译器。

我的意思是：

TextView tv;
ITextView* itv = static_cast<ITextView*>(&tv);

这是安全的，您正在显式转换为父类型。

TextView tv;
void* ptr = &tv;
ITextView* itv = static_cast<ITextView*>(ptr);

这里编译器不知道ptr 的实际类型并将其视为ITextView*，因此它无法将指针调整到对象的正确子部分（值得注意的是，这可能看起来工作，因为ITextView 没有任何成员变量）。这与如何在底层实现继承有关，请考虑：

---------------------
| VTable A | Type A |
---------------------

---------------------
| VTable B | Type B |
---------------------

-----------------------------------------
| VTable AB | Type A | Type B | Type AB |
-----------------------------------------

假设这是内存布局

class A { /* members */ };
class B { /* members */ };
class AB : public A, public B { /* members */ };

现在很清楚，如果您拥有AB 的地址，并且您将其转换为B* 而没有让编译器知道它是AB，那么编译器将无法指向正确的Type B 部分，位于 Type A 切片之后。只有知道它首先是 AB 才能知道这一点。

【讨论】：