向上转换空指针是否会导致未定义的行为

Question

我想知道以下代码是否会导致未定义的行为：

#include <cstddef>
#include <cstdio>

struct IA { 
  virtual ~IA() {}
  int a = 0;
};
struct IB {
  virtual ~IB() {}
  int b = 0;
};
struct C: IA, IB {};

int main() {
  C* pc = nullptr;
  IB* pib = pc;
  std::printf("%p %p", (void*)pc, (void*)pib);
}

Answer 1

向上转换一个空指针被定义为给你另一个空指针：

4.10p3：

“指向cvD”类型的纯右值，其中D 是类类型，可以转换为“指向cv的指针”类型的纯右值> B"，其中B 是D 的基类。 ... 将空指针值转换为目标类型的空指针值。

Answer 2

Stroustrup 在his 1989 multiple inheritance paper [PDF] 的第 4.5 节中讨论了这个案例：

解决方案是详细说明转换（强制转换）操作为 测试指针值 0 [...]

增加的复杂性和运行时开销是一个测试和一个 递增。

实现显式检查空值并确保强制转换的结果仍然是空值。这在 C++98 中是正确的，并且在 C++11 和 nullptr 中没有改变。

这在多个基类的情况下尤其重要，从派生类到其中一个基类的强制转换可能需要更改指针的实际值。

在您的示例中，内存中C 的布局将首先包含IA 的字节，然后是IB 的字节。强制转换为IA 很简单，因为指向C 开头的指针也将指向C 的IA 部分的开头。另一方面，转换为IB 需要将C 指针移动IA 的大小。在 nullptr 情况下执行此转换将导致强制转换后的非空指针，因此对空值进行特殊处理。

作为pointed out by aschepler，标准中的相关部分是[conv.ptr] §4.10：

类型为“pointer to cv D”的纯右值，其中D是一个类类型，可以是 转换为“指向 cv B 的指针”类型的纯右值，其中 B 是基数 D 的类 [...]。 [...] 转换的结果是一个指向 派生类对象的基类子对象。空指针 value 被转换为目标类型的空指针值。