C++ Dynamic_cast - 多态要求和向下转型

Question

在下面的代码中，在情况 1 中构造 obj 时，我们也构造了一个派生类对象，但它的成员函数对于 obj 来说是无法访问的。因此，在向下转换时（即在情况 2 中），使用 obj 作为源，我们已经在其中构造了派生的。为什么 obj 需要多态？

如果我对上面的描述感到困惑，为什么在向上转换时 obj 不需要是多态的，但在向下转换时确实在使用 dynamic_cast 时需要是多态的？

class base
{
public:
    base()
    {
        cout<< " \n base constructor \n";
    }
};

class derived : public base
{
public:
    derived()
    {
        cout << " \n derived constructor \n";
    }
};

base *obj = dynamic_cast<base*> (new derived); // case 1: explicitly upcasting
derived *OBJ = dynamic_cast<derived*> (obj);   // case 2: error

Answer 1

为了让dynamic_cast工作，对象需要是多态的。原因是 dynamic_cast 需要在某个地方存储用于执行转换的类型信息，它通过将信息与类的 vtable 一起存储来实现这一点。为了有一个虚函数表，您需要将至少一个方法设为虚拟。

解决这个问题最简单的方法是将基类析构函数标记为虚拟。

向上转换（即派生到基数）不需要强制转换，因为编译器能够检查强制转换在编译时是否有效。然而，当情绪低落时，情况却并非如此。

Answer 2

从 5.2.7/1 [expr.dynamic.cast] 开始：

表达式dynamic_cast(v)的结果是将表达式v转换为类型的结果

[...]

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 a
指向 v 所指向的 D 对象的唯一 B 子对象的指针。

[...]

否则，v 应为指向多态类型的指针或多态类型的左值。

该标准甚至提供了以下示例，说明多态类型要求并不代表派生到基类的转换：

struct B {};
struct D : B {};
void foo(D* dp)
{
    B* bp = dynamic_cast<B*>(dp); // equivalent to B* bp = dp;
}

Answer 3

B* b = new D();
D* d = dynamic_cast<D*>(b);

在上面的例子中，大多数编译器会通过检查b的vtable指针是否指向派生类D的vtable来实现动态转换。
如果是，则简单地返回 b 的地址作为返回值，否则返回 nullptr。
这就是执行动态转换时幕后可能发生的情况：-

class car
{
    public:
    virtual void drive()
    {
         std::cout <<"car"<<std::endl;
    }
};
class toyota: public car
{
    public:
    virtual void drive()
    {
        std::cout <<"toyota"<<std::endl;
    }
};

class honda: public car
{
    public:
        virtual void drive()
    {
        std::cout <<"honda"<<std::endl;
    }
};

template <typename Tderived>
Tderived* dynamicCast(void* pBase)
{
    //compare the vptr of the class pointed by pBase with a temporary Tderived class. 
    //If vptr of pBase and vptr of Tderived() are pointing to the same vtable 
    //then it can be safely deduced that pBase is indeed pointing to an instance of Tderived
    if (*(int**)pBase == *(int**)&Tderived())
    {
        return (Tderived*)pBase;
    }
    else
    {
        return nullptr;
    }
}


int main()
{
    car* pCar;
    honda hondaCar;
    toyota toyotaCar;

    pCar = &toyotaCar;

    honda* pHonda = dynamicCast<honda>(pCar);
    if (nullptr != pHonda)
    {
        pHonda->drive();
    }
    else
    {
        toyota* pToyota = dynamicCast<toyota>(pCar);
        if (nullptr != pToyota)
        {
            pToyota->drive();
        }
    }
}

现在，如果该类不是多态的，则编译器无法确定 pCar 是否指向本田汽车或丰田汽车。请注意，这只是实现dynamic_cast 的方法之一，因为C++ 标准没有谈论vtable。

Answer 4

Dynamic_cast

• 用于转换基指针
  转化为派生指针。如果基地
  指针不指向以下对象
  派生的类型，它返回
• 它用于转换基引用
  进入派生参考。如果
  引用未指向对象
  派生的，它抛出
  std::bad_cast。
• 可以认为是checkedcast
  相当于 static_cast，因为它
  检查对象是否指向
  确实是派生类型。

您必须阅读有关 Dynamic_cast 的更多信息（带有示例）那里。