CRTP 和向下转换

Question

在previous post 中关注关于向下转换和类型安全的类似问题，我想知道以下示例是否会创建未定义的行为。

已创建 Base 类的实例。不发生动态绑定。
但是，在 Base::interface 函数中， Base 类的实例被强制转换为 Derived 类的实例。 这安全吗？如果是，为什么？ 请在下面找到这段代码。

#include <iostream>
template <typename Derived>
struct Base{
  void interface(){
    static_cast<Derived*>(this)->implementation();
  }
};

struct Derived1: Base<Derived1>{
  void implementation(){
    std::cout << "Implementation Derived1" << std::endl;
  }
};
        
int main(){
  
  std::cout << std::endl;
  Base<Derived1> d1;
  d1.interface();
  std::cout << std::endl;
}

Answer 1

这个新的Derived * 没有Derived 可以指向，所以它绝对不安全：转换本身具有未定义的行为，如[expr.static.cast]§11 中所述（强调我的）：

类型为“pointer to cv1 B”的纯右值，其中B是一个类类型，可以转换为“pointer to cv2”类型的纯右值> D”，其中 D 是从 B 派生的完整类，如果 cv2 的 cv 限定与 cv1 相同或更高时间>。 [...] 如果“指向 cv1 B 的指针”类型的纯右值指向实际上是 D 类型对象的子对象的 B，结果指针指向D 类型的封闭对象。 否则，行为未定义。

您可以通过限制对Base 的构造函数的访问来降低这种风险：

template <typename Derived>
struct Base{
    // Same as before...

protected:
    Base() = default;
};

这样更好，但如果有人意外定义了struct Derived2 : Base<AnotherDerived> { };，仍然会出现同样的问题。可以通过特定的 friend 声明来防止这种情况发生，但缺点是可以完全访问 Base 的私有成员：

template <typename Derived>
struct Base{
    // Same as before...

private:
    friend Derived;
    Base() = default;
};

请注意，这仍然让Derived 在其成员函数中构造裸Base<Derived> 对象，但这就是我通常停止敲打鼹鼠的地方。