动态投射和静态投射的奇怪行为

Question

这个程序运行没有任何异常。你能解释一下为什么动态转换和静态转换都成功了吗？以及 C++ 如何设法解析所需的虚函数？

class Shape 
    {
    private :
        string helperFunction();

    public : 
        virtual void draw() = 0;
        virtual void type();
    };

void Shape::type()
    {
    cout << "Shape Type";
    }

// ----------------------------------------------------------------------------

class Circle : public Shape
    {
    private: 
    string circlething;

    public :
        virtual void draw();
        virtual void type();
        void CircleFunction();
    };

void Circle::draw()
    {
    cout <<"Circle Draw" << endl;
    }

void Circle::type()
    {
    cout <<"Circle Type" << endl;
    }

void Circle::CircleFunction()
    {
    circlething = "Circle Thing";
    cout << circlething;
    cout << "Circle Function" << endl;
    }


class Square : public Shape
    {
    private :
        string  squarething;
    public :
        virtual void draw();
        virtual void type();
        void SquareFunction();
    };

void Square::draw()
    {
    cout <<"Square Draw" << endl;
    }

void Square::type()
    {
    cout <<"Square Type" << endl;
    }

void Square::SquareFunction()
    {
    squarething = "Square Thing";
    cout << squarething;
    cout << "Square Function" << endl;
    }
// ----------------------------------------------------------------------------


int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
    {
    vector<Shape *> shapes;
    Circle circle;
    Square square;
    shapes.push_back(&circle);
    shapes.push_back(&square);

    vector<Shape *>::const_iterator i;

    for (i = shapes.begin(); i < shapes.end(); ++i)
        {

        cout << "\n*** Simple Type ***\n" << endl;
        (*i)->type();
        (*i)->draw();

        cout << "---Static Cast Circle--" << endl;
        Circle* circle = static_cast<Circle*>(*i);
        circle->type();
        circle->draw();
        circle->CircleFunction();

        cout << "---Static Cast Square--" << endl;
        Square* square = static_cast<Square*>(*i);
        square->type();
        square->draw();
        square->SquareFunction();

        cout << "---Static Cast Circle to Shape --" << endl;
        Shape* shape1 = static_cast<Shape*> (circle);
        shape1->type();
        shape1->draw();

        cout << "--- Dynamic Cast Circle to Shape --" << endl;
        Shape* shape2 = dynamic_cast<Shape*> (circle);
        shape2->type();
        shape2->draw();

        cout << "--- Static Cast Square to Shape --" << endl;
        Shape* shape3 = static_cast<Shape*> (square);
        shape3->type();
        shape3->draw();

        cout << "--- Dynamic Cast Square to Shape --" << endl;
        Shape* shape4 = dynamic_cast<Shape*> (square);
        shape4->type();
        shape4->draw();

        }
    int x;
    cin >> x;
    return 0;
    }

Answer 1

为什么要这样做？ dynamic_cast 返回 NULL 如果转换失败，它不会抛出指针异常。

此外，除此之外，它为什么会失败？ Square 和 Circle 都是 Shapes。所以演员阵容很好。

由于基本的多态性，输出如您所见。您有一个 Shape* 指向 Square 对象或 Circle 对象。 virutal 函数调用从最派生类调用重写方法。这是 OOP 的一个中心方面。

在大多数实现中，这是通过virtual function tables 实现的。尽管您有一个Shape*，但该对象包含一个指向内部虚函数表的指针。因为该成员在强制转换期间没有改变，它指向Square 或Circle 的虚函数表，所以调用被正确解析。

Answer 2

让我们从为什么它不抛出任何异常开始，因为它非常简单：dynamic_cast 在您尝试转换 reference 类型时抛出异常，但它失败了。当你在指针上使用dynamic_cast时，如果成功则返回一个指针，如果失败则返回一个空指针。

至于为什么你从来没有失败的演员表，你所有的dynamic_cast 都是向上层次结构，产生一个Shape *。由于所有有问题的对象都是从Shape派生的，所以这总是会成功——事实上，这种转换可以隐式完成。

为了演示dynamic_cast 的真正意图，让我们编写一些稍微不同的代码：

#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;

class Shape {
public : 
    virtual void draw() = 0;
};

class Circle : public Shape
{
public :
    virtual void draw() { cout << "Circle Draw\n"; }
    void circlefunc() { cout << "circle func\n"; }
};

class Square : public Shape
{
public :
    virtual void draw() { cout << "Square Draw\n"; }
    void squarefunc() { cout << "Square Func\n"; }
};

int main() {
    vector<Shape *> shapes;
    Circle circle;
    Square square;
    shapes.push_back(&circle); // implicit conversion from Circle * to Shape *
    shapes.push_back(&square); // implicit conversion from Square * to Shape *

    Circle *c;
    Square *s;
    for (int i=0; i<shapes.size(); i++) {
        shapes[i]->draw(); // draw polymorphically
        if (c = dynamic_cast<Circle *>(shapes[i])) // try to cast to Circle *
            c->circlefunc();               // if it worked, invoke circlefunc
        else if (s = dynamic_cast<Square *>(shapes[i])) // likewise for square
            s->squarefunc();
    }
    return 0;
}

这次我们使用 dynamic_cast 从Shape * 到Square * 或Circle *。当且仅当指针对象的动态类型是该类型时，这才会成功。否则它将产生一个空指针。当且仅当我们获得一个非空指针时，我们才会调用该特定类型的成员函数。

总结一下：当你有一个派生对象的指针/引用时，你可以隐式转换为基类的指针/引用。您不需要dynamic_cast（或任何显式转换），因为这始终是安全的。

当您从指针/引用转换为基以获取指向派生的指针/引用时，然后您通常希望使用dynamic_cast。这将根据指针对象的实际类型（即动态类型）是否是所需的目标（或其基础）而成功/失败。在这种情况下，失败的信号会有所不同，具体取决于您使用的是指针还是引用。作为参考，失败会抛出异常。对于指针，失败会产生空指针。

Answer 3

您正在使用dynamic_cast 从派生类型转换为基类型，并且没有歧义。你为什么认为它会失败？此外，在指针上使用dynamic_cast 不会引发异常（而是返回NULL）。在类型引用之间进行强制转换时会抛出异常。

您的static_cast 之所以成功，是因为您的简单类的构造方式。由于CircleFunction() 和SquareFunction() 实际上并没有尝试访问任何无效的类成员变量，因此程序能够成功运行（幸运的是），使用static_cast 在类型之间错误地转换不是你应该做的事情。

Answer 4

简短回答：当您在 Circle 指针上执行 static_cast<Square> 并在 Square 指针上执行 static_cast<Circle> 时，您已经进入了未定义的行为。那时几乎任何事情都可能发生。

此外，当您调用 dynamic_cast 时，如果您正在转换为指针，它可能会失败并返回 NULL。如果您要转换为引用，它只会引发异常。此外，如果编译器在编译时知道没有歧义，则编译器可以选择用编译时强制转换替换 dynamic_cast（这里就是这种情况，因为您是从子级->父级强制转换的）。

您得到的输出是因为这些类彼此之间足够相似，因此虽然强制转换不合法，但它们仍然可以工作。鉴于未定义的行为，如果您继续进行更改，就不可能依赖它。