指向派生类的指针中的 `static_cast<Base*>(static_cast<void*>(derived))` 何时有效？

Question

对于这个问题，不应该涉及多态性，即没有虚拟方法，没有虚拟基类。以防万一，我的案子不涉及任何这些。

假设我有一个类Derived，它有一个明确的可访问父类Base，没有多态性（没有虚拟方法，没有虚拟基类），但可能涉及间接和/或多重继承。 进一步假设我有一个有效的指针Derived *derived （指向Derived 类型的对象或其子类）。

在这种情况下，我相信static_cast<Base*>(derived) 是有效的 （产生一个有效的可用指针）。当Base 和Derived 之间的祖先链涉及多重继承时，此static_cast 可能意味着调整指针以在Base 实例中定位Derived 实例。为此，编译器需要知道继承链，在这种情况下他就是这样做的。但是，如果插入到void * 的中间转换，则该继承链信息对编译器隐藏。尽管如此，这样的静态转换对于哪个继承链有效？我期待以下情况之一：

• 根本没有？从 void 指针访问 static_cast 是未定义的行为，除非指针确实指向确切的类型。
• 对于所有没有多重继承的链？然后，编译器可以保证 Base 始终位于 Derived 的开头 - 但是标准是什么意思？
• 对于在所有中间多重继承链的第一个父类中找到Base 的所有链？也许Base 和Derived 的开头仍然匹配？
• 总是？ static_cast 到 void 指针总是可以调整到第一个父级的开头，而 static_cast 从 void 指针撤消该调整。但是对于多重继承，“第一个父级”不一定是所有父级的父级。

Answer 1

static_cast<Base*>(static_cast<void*>(derived)) 在 C++ 标准中有一个名称。它被称为reinterpret_cast。在[expr.reinterpret.cast] paragraph 7中指定：

对象指针可以显式转换为不同类型的对象指针。当对象指针类型的纯右值 v 转换为对象指针类型“指向 cv T 的指针”时，结果为static_­cast<cv T*>(static_­cast<cv void*>(v))。 [ 注意：将“指向 T1 的指针”类型的纯右值转换为“指向 T2 的指针”类型（其中 T1 和 T2 是对象类型，并且 T2 的对齐要求不比 T1 严格）并返回其原始类型产生原始指针值。 ——尾注]

reinterpret_cast 是我们告诉编译器将指针视为其他东西。编译器不能或将在此指令下进行任何调整。如果我们撒谎，那么行为就是未定义的。标准是否说明这样的reinterpret_cast 何时有效？它确实如此。在[basic.compound] paragraph 4 定义了指针互转换的概念：

如果满足以下条件，两个对象 a 和 b 是指针可互转换的：

• 它们是同一个对象，或者
• 一个是联合对象，另一个是该对象的非静态数据成员 ([class.union])，或者
• 一个是标准布局类对象，另一个是该对象的第一个非静态数据成员，或者，如果该对象没有 非静态数据成员，该对象的任何基类子对象 ([class.mem])，或
• 存在一个对象 c，使得 a 和 c 可以指针互转换，而 c 和 b 可以指针互转换。

如果两个对象是指针可互转换的，那么它们具有相同的 地址，并且可以从指针中获得指向一个的指针 通过reinterpret_­cast 发送给另一个。 [注：数组对象及其 第一个元素不是指针可相互转换的，即使它们有 同一个地址。 ——尾注]

第三个子弹是你的答案。类层次结构中的对象必须遵守限制（从顶层到最派生的standard layout），只有这样才能保证转换提供明确定义的结果。