c++ - 将基类对象的所有属性分配给派生对象

Question

我从基类B派生了类D，如下所示：

class D : public B
{
//staff or nothing
}

我想以声明的方式处理收到的指针 B* b
D* d，并使用来自 *d的所有相同属性值初始化 *b。
如果我无权更改 B实现，有什么可能或最好的方法？
就像是

// I have pointer to B object, B* b received as a result of some function
class D : public B
{
//staff or nothing
}
D *d; //declaration 
// I want to initialize d, something like d=b (if that would be legal)
// or d = static_cast <D*>(b);

谢谢

Answer 1

基本答案

符号：

B b;
B* pb = &b;
D* pd;

如果您有指针 pb并希望具有指针 pd，其中 *pd具有与 *pb相同的数据成员（值），则必须将数据从 *pb复制或移动到一些（内存）位置，然后让 pd指向该位置。

C ++不允许从 &b到 pd的转换，无论是隐式（ pd = &b）还是显式（ pd = static_cast<D*>(&b)），都不会导致未定义的行为。未定义的行为非常糟糕，因为您无法保证接下来会发生什么（崩溃，数据损坏，heisenbugs等）。



关于 static_cast ptr转换

让我们从标准中引入一些名称，以使事情更清楚：

B* pb = &d;

那么 *pb的静态类型是 B，而 *pb的动态类型是 D。静态类型基本上是编译器看到的，而动态类型则是运行时实际存在的类型。

以下转换很好：

D d;
pb = &d;  // `pb` points to `B`-type subobject of `d`
pd = static_cast<D*>(pb);  // reverts the cast above to get the original `&d`

如果 *pb具有动态类型 D（或 D的派生类型），则最后一行很好。其他，未定义的行为。这就是为什么 dynamic_cast的原因：

pd = dynamic_cast<D*>(pb);

同样，如果 *pb是动态类型 D，则一切都很好（与上面相同）。但是，如果 *pb不是动态类型 D，则 dynamic_cast返回空指针值（ nullptr）。这样，没有不确定的行为，您可以检查 pd现在是否是 nullptr。由于 dynamic_cast的运行速度明显慢于 static_cast，因此，如果您真的知道转换将成功，则可以使用 static_cast代替（ see the Qt example）。



将数据复制或移动到新对象

现在，如果您想要一个指针 pd，以使所有数据成员（“属性”）都与 &b的数据成员相同，该怎么办？
您必须创建一个 D类型的对象，然后将数据从 &b复制或移动到该新对象。这是Subaru Tashiro在方法2中提出的，例如：

class D : public B
{
public:
    // copy:
    D(B const& b) : B(b) {} // if you cannot use B-copy-ctor than have to provide own definition
    // move:
    D(B&& b) : B(b) {} // same issue as above
};

B b;
B* pb = &b;

D d1(*pb);  // this is how you can copy
D d2( std::move(*pb) );  // this is how you can move

D* pd = &d1; // or = &d2;

请注意，复制和移动行都创建了一个新的 D类型的对象来存储复制/移动的数据。您无需同时提供复制和移动支持。

还有其他可能性，例如包装 B类型的对象，但是它们与您派生类的方法不同。



一些说明为什么转换 pd = &b不好的原因


首先，Subaru Tashiro是正确的，因为在 D子类中引入的数据成员是有问题的。如果 D类添加了任何数据成员，C ++ /编译器应如何知道应如何初始化它们？它不能仅仅让它们未初始化，因为这很容易出错（考虑类不变式）。
内存问题。示例：想象一个 D类型的对象在内存中看起来像这样：

|DD[BBBB]DDDDDDDD|
    ^start of B sub-object
 ^start of D object

现在，当您执行 pd = static_cast<D*>(pb)时， pb中包含的地址将被解释为B子对象的开始，并减少2个字节以获得D对象的开始。


由于仅为 b对象分配了空间，因此只能保证可以从 (char*)pb到 (char*)pb + sizeof(b)访问内存（不考虑 b内部的对齐方式）。在 (char*)pb之前或 (char*)pb + sizeof(b)之后访问内存可能会导致错误，例如CPU抱怨您正在访问尚未映射到物理内存的虚拟内存。更有可能在 (char*)pb之前和 (char*)pb + sizeof(b)之后还有其他有意义的数据。通过写入在 static_cast<D*>(pb)类中引入的 D的任何数据成员，您可以破坏此其他数据（不确定其他数据成员）。
通过 *pd访问任何成员时，您可能会遇到对齐问题，例如如果您的编译器假定所有D类对象均以2字节为边界，而所有B类对象均以4字节为边界（有些毛病和病理性，但可能是问题）。

如果 D中有一个vtable，则不会通过指针转换对其进行初始化。因此，调用在 static_cast<D*>(pb)类中引入的 D的任何虚拟方法不是一个好主意。
RTTI可能还会给您带来问题，因为可以通过将RTT信息与对象一起存储来实现它。 RTTI可以在异常和 dynamic_casts中使用，因此受影响的不仅是 typeid。
C ++标准说，这种转换导致不确定的行为。也就是说，即使您可以将 B的 *pd子对象与某些没有问题的编译器/ C ++实现一起使用，也不能保证它可以与所有编译器/版本一起使用。以上几点是我想到的一些问题，但我绝不是专家。本质上，无法预测/无法保证执行此转换并使用结果 B的 pd子对象时会发生什么。


最后说明：


static_cast参考：5.2.9 / 2，最后2个句子
我的回答与Subaru Tashiro的不同之处在于我会“谴责”第一种方法。您可以将其写下来，并且它是一个格式正确的程序（这意味着它应该编译），但是您无法预测会发生什么，并且它是一个hack（可能有用，但别处重复，风格不好，...）。 ）。如果您真的想这样做，我建议您使用 reinterpret_cast并对此进行大量注释，以表明您知道自己在做什么，这确实是个黑客。