具有奇怪重复模板模式的派生类中的损坏成员变量

Question

我目前正在使用 CRTP，并且遇到了派生类中的成员变量被损坏的问题，即具有垃圾值（目前有 4 级多态性，最顶层的基类称为“A " 和最底层的派生类 "D")。

以下是一些显示此问题示例的代码：

//A.hpp
template <class TB>
class A {
public:
    A();
    void CRTP_func();
};

template <class TB>
A<TB>::A() {
    std::cout << "A constructor called!" << std::endl;
}

template<class TB>
void A<TB>::CRTP_func() {
    std::cout << "CRTP_index called in A" << std::endl;
    static_cast<TB*>(this)->CRTP_func2();
}

//B.hpp
#include "A.hpp"
#include <vector>

template<class TC>
class B : public A<B<TC>>
{
public:
    B();
    void CRTP_func2();
};

template<class TC>
B<TC>::B() {
    std::cout << "B constructor called!" << std::endl;
}

template<class TC>
void B<TC>::CRTP_func2() {
    std::cout << "CRTP_func called in B" << std::endl;
    static_cast<TC*>(this)->CRTP_func3();
}

//C.hpp
#include "B.hpp"

template<class TD>
class C : B<C<TD>> {
public:
    C();
    void CRTP_func3();
    int x;
};

template<class TD>
C<TD>::C() {
    std::cout << "C constructor called" << std::endl;
}

template<class TD>
void C<TD>::CRTP_func3() {
    std::cout << "CRTP_index3 called in C" << std::endl;
    static_cast<TD*>(this)->CRTP_func4();
}


//D.hpp
#include "C.hpp"

    class D : C<D> {
    public:
        D();
        bool onInit();
        void CRTP_func4();
        C<D> top;
        int y = 0;

    };

D::D() {
    std::cout << "D constructor called!" << std::endl;
}

bool D::onInit() {
    std::cout << "D onInit called!" << std::endl;
    y = 5;
    return true;
}

void D::CRTP_func4() {
    std::cout << y << std::endl;
    std::cout << "CRTP_index4 called in D! " << std::endl;
}

//main.hpp
int main {
D * D_ptr = new D();
    D_ptr->onInit();
    D_ptr->top.CRTP_func3();
    return 0;
}

如您所见，A 是基类，而 D 是派生类：

A<B<C<D>>>

这个程序的输出如下：

A constructor called!
B constructor called!
C constructor called
A constructor called!
B constructor called!
C constructor called
D constructor called!
D onInit called!
CRTP_index3 called in C
-33686019
CRTP_index4 called in D!

值 -33686019 打印在 D.hpp 中，其中打印值 y 并在初始化时设置为 5。经过一番挖掘，我检查了 main.cpp 中的值，即使在进行了这些 CRTP 调用之后，它也设置为 5，但打印出一个垃圾值。

经过更多调试后，我意识到删除该行

int x;

in B.hpp 解决了这个问题，所以我认为这个问题与一些错位有关，但我不确定为什么会发生这种情况。有谁知道为什么会发生这种情况或如何解决？

抱歉，帖子太长，代码模棱两可，为了帖子，我尽量去除大部分复杂性并尽可能简化代码。

更新：

感谢下面的 cmets，我找到了解决问题的方法。除了使用D::top，更好的方法是在主文件中创建一个指针，如下所示：

C<D> * C_ptr = static_cast<C<D>*>(D_ptr);

然后从那里调用CRTP_func3()：

C_ptr->CRTP_func3();

这按预期工作。

Answer 1

您在静态类型为C<D> (D::top) 的对象上调用函数CRTP_func3()。函数C<D>::CRTP_func3() 执行static_cast<D*>(this) 但对象没有预期的类型。因此，行为是未定义的。

Answer 2

从逻辑上讲，您遇到的最基本问题是您期望 D_Ptr 和 D_Ptr->top 具有相同的 y 值（您说您期望 5）。 D_Ptr->top 是一个完全不同的实例，即使它最终派生自 D，也会有自己的 y 副本。

然后，D 派生自 C，因此无论模板是否疯狂，C 从根本上不可能派生自 D。这是您通过在 C 的 this 指针上调用 CRTP_func4 所做的假设。

此外，相同的函数调用假定模板类型TD 是D 的一个实例。该函数调用存在于C 中，这是C 做出的疯狂假设——尽管我相信在这种情况下它恰好是正确的。 （那个如果不是编译器会捕获的）

最后关于 crtp：考虑拒绝撒旦和他所有的方式。

但说真的，显然没有完全的替代品，但我想你会发现，如果你充分考虑接口的力量（或 C++ 中的 pure abstract classes），你也许能够找到使用它的方法。并且具有（几乎）相同的性能...当然，我不知道您的具体问题，但我强烈建议您仔细阅读这篇文章https://en.wikipedia.org/wiki/Composition_over_inheritance

特别注意第二个示例代码块，它是用 C# 编写的（其中 interface 在 C++ 中是 pure abstract class）。考虑一下这种模式是否可以帮助您。