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，它有效了。文档说它有效，测试示例也有效。而且，直到我向 GameObject 添加虚拟方法后它才编译。问题是，我真的不知道该功能是否打算这样使用。让我想知道的是，我必须为我正在检查的类声明一个虚函数。但显然，没有，我正在检查的类本身没有虚函数，事实上我的整个代码与虚函数无关，这是一种完全不同的方法。

所以，我想我的问题是：如果我所做的确实有效，为什么我需要一个虚函数来为我的类提供一个虚函数表？为什么我不能将类声明为“运行时类型”或没有虚函数的类？

Answer 1

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，因为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++ 有一种“不要为不需要的东西付费”的理念，因此不会提供 vtable（或编译器使用的任何机制），除非存在虚拟函数来确定需要。显然，C++ 的设计者认为这是dynamic_cast 正确操作的合理要求，否则他们会提供一种在没有它的情况下生成虚函数表的方法。

Answer 2

dynamic_cast 要求类型是多态的，并且如果没有任何虚拟方法（或至少一个虚拟析构函数），类型就不是（运行时）多态的。简单的继承是不够的。如果没记错的话，dynamic_cast 使用的运行时类型信息与 vtable 一起存储。

Answer 3

主要有两个原因。首先是它没有用例。继承的要点是虚函数。如果您不使用虚函数，请不要使用继承。

其次，由于 C++ 编译模型的原因，实际实现无需虚函数的 dynamic_cast 非常复杂。实际实现dynamic_cast的唯一方法是在虚拟表上进行操作——二进制数据块是无类型的。您可以定义一个类，然后仅在一个 TU 中dynamic_cast它 - 现在一个 TU 认为该类具有 vtable，而另一个 TU 则没有。那会立即很糟糕。允许在尚未具有虚函数的类上使用 dynamic_cast 就是 export，这意味着“实现起来极其困难”。

Answer 4

[编辑]根据评论（人们比我聪明得多）我的答案是完全错误的。然而，无论如何，让你的析构函数成为虚拟的。 [/编辑]

在 C++ 中，我认为只有析构函数是虚拟的，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));
}

在此示例中，当 obj 超出范围时，auto_ptr 自动调用 Base 的析构函数，但不会调用 Derived 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（最好的情况是，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向下强制转换，它确实应该这样做。

Answer 5

标准第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 应是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 运算符不应放弃常量性 (5.2.11)。
2. 如果 T 是指针类型，则 v 应是指向完整类类型的指针的右值，结果是以下的右值
   类型 T。如果 T 是引用类型，则 v 应是完整类类型的左值，结果是
   T 引用的类型。
3. 如果 v 的类型与所需的结果类型相同（为方便起见，在本例中将其称为 R）
   描述），或者与 R 相同，只是 R 中的类对象类型比类更具 cv 限定性
   v 中的对象类型，结果为 v（必要时进行转换）。
4. 如果 v 的值在指针情况下是空指针值，则结果是类型 R 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，则B 是 D 的基类，结果是 a
   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”
   并且 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 对象的值。在指针和引用情况下，cv1 应具有相同的 cvqualification
   as 或比 cv2 更高的 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;
   }
   —示例结束]

6. 否则，v 应是指向多态类型的指针或多态类型 (10.3) 的左值。

并且要使类型多态，它需要一个虚函数，根据第 10.3 条：

虚拟函数支持动态绑定和面向对象编程。声明或
继承虚函数的称为多态类。

所以原因是“因为标准是这么说的”。这并没有真正告诉你为什么标准这么说，但我认为其他答案很好地涵盖了这一点。

Answer 6

所以，我想我的问题是：如果我所做的确实有效，为什么我需要一个虚函数来为我的类提供一个虚函数表？为什么我不能将类声明为“运行时类型”或没有虚函数的类？

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进行动态转换。）

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，通常通过虚拟表来实现。在一些关键地方，这些成本根本无法接受。因此，该语言提供了避免这些成本的方法。

语言中的其他地方也存在类似的概念。基本原则是，如果您不想使用某些冠冕堂皇的功能，那么您不必为某些人确实想要使用它的事实付费。