为什么 static_cast 为同一个对象提供不同的内存位置？答案

【问题标题】：Why does static_cast gives different memory locations for same object?为什么 static_cast 为同一个对象提供不同的内存位置？
【发布时间】：2015-08-08 08:10:52
【问题描述】：

我的代码

class Parent { int a; };
class Child { int b; };
struct GrandChild : public Parent, public Child { int a, b, c; };

int main() {
    GrandChild GC;
    std::cout << "GrandChild's address is at : " <<&GC<<endl;
    std::cout << "Child's address is at : " <<static_cast<Child*>(&GC)<<endl;
    std::cout << "Parent's address is at : " <<static_cast<Parent*>(&GC)<<endl;

}

输出：

GrandChild's address is at : 0077F6F8
Child's address is at : 0077F6FC
Parent's address is at : 0077F6F8

为什么在static_cast之后内存位置会出现上面这样的不一致？

【问题讨论】：

有趣……今天学到了一些新东西，感谢您提出的真棒问题！
顺便说一句，这些类型名称极具误导性！
@LightnessRacesinOrbit: 对不起，我不知道怎么做 :(
@InQusitive：将基类称为“父类”和将派生类称为“子类”是很常见的。由于您已经重复使用这些术语来表示生物学家庭关系（并且不准确地，在那个方面），例如“孩子”类型不是从“父母”类型派生的示例，这令人困惑。

标签： c++ inheritance memory-address static-cast

【解决方案1】：

GrandChild 派生自 Parent 和 Child。因此，内存中的GrandChild 对象由内存中的Parent 对象和Child 对象组成。

&GC自身返回GrandChild对象整体的内存地址

static_cast<Parent*>(&GC) 返回GrandChild 对象内Parent 部分的起始地址。

static_cast<Child*>(&GC) 返回GrandChild 对象内Child 部分的起始地址。

在您的情况下，Grandchild 首先派生自Parent，因此Parent 部分与GrandChild 的内存块的开头对齐。然后Child 部分跟随Parent 部分。这是一个插图来说明：

【讨论】：

这张照片告诉我我在 cmets 中哪里错了，谢谢。

【解决方案2】：

&GC 是GrandChild 对象GC 的地址。 static_cast<Child*>(&GC) 是GC 的Child 子对象 的地址。而static_cast<Parent*>(&GC) 是GC 的Parent 子对象 的地址。

在您的特定实现中，GrandChild 对象似乎以Parent 子对象开头，然后是Child 子对象，因此Parent 子对象的地址与完整的GrandChild 对象的地址相同地址，但Child 子对象的第一个字节不是完整的GrandChild 对象的第一个字节，所以它的地址更高。但是，您不能依赖这种可移植的行为；不同的实现可能会以不同的顺序分配基类和成员子对象，甚至不需要在不同的类之间保持一致。

【讨论】：

为什么在这个例子中Parent和GrandChild的内存开始是相似的？它们不应该按内存升序排列吗？它们如何共享同一个内存块？
@VictorPolevoy 一个GrandChild 对象本身包含一个Parent 对象和一个Child 对象。碰巧在 OP 的编译器上，Parent 对象被分配在 GrandChild 对象的最开头。它们共享一个内存块，因为Parent 对象确实是GrandChild 对象的一部分。
我的意思是，在我看来，内存中的类应该这样对齐：Base1, Base2, Base 3, ... 与它们自己的数据，正如here 所描述的那样。所以，根据clang，Parent::a应该是当前对象布局的开始，GrandChild::a应该是GrandChild对象内存的开始，没有任何交集。
@VictorPolevoy：您似乎没有理解基类对象实际上是派生类对象的一部分。 Parent 子对象（包括它的 a 成员）与在中声明的 3 个成员（a、b 和 c）一样，是 GrandChild 对象数据的一部分类定义。您似乎期望GrandChild 对象的地址不在GrandChild 对象的开头（这将与Parent 子对象的地址一致），而是在中间的某个位置（其中位于GrandChild 类中声明的成员）。
@VictorPolevoy：哦，没有任何对象与彼此的记忆相交。 GrandChild 对象的布局类似于Parent 子对象，然后是Child 子对象，然后是成员a、b 和c。

【解决方案3】：

在您的示例中，即使它是实现定义的也是可以预测的（但允许实现者为简单的情况选择直接的解决方案:-)）

这是您的对象的内存表示（从地址推导出来，而不是从标准推导出来！）：

Parent::a (int = 4 bytes)
Child::b (int = 4 bytes)
GrandChild::a
GrandChild::b
GrandChild::c

这是因为您的声明：GrandChild 首先从 Parent 继承，然后从 Child 继承。通过这种表示，Parent 的地址与 GrandChild 的地址相同，Child'地址大 4 是有意义的。

另请注意，GrandChild::a 不是 Parent::a...

【讨论】：

为什么Parent的地址和GrandChild的地址一样，我不明白。请澄清
@VictorPolevoy - 它可以是一样的，但它不是必须是。请注意，Parent::a also 与Parent 和GrandChild 具有相同的地址。 :-) 通常，允许不同类型的对象具有相同的地址，因为它们无论如何都不能相互混淆。 相同类型的两个对象必须有不同的地址。
@VictorPolevoy：因为这是 4 字节 Parent 子对象开始的地址，和整个 n 字节 GrandChild 对象的地址开始。唯一“有趣”的地方是 4 字节 Child 子对象的起始地址不同。

【解决方案4】：

看来这取决于 GrandChild 从 Parent 和 Child 继承的顺序。

我得到了以下序列

struct GrandChild : public Parent, public Child { int a, b, c; };

输出 1：孙子的地址与父母的地址相同

GrandChild's address is at : 0x22fecc
Child's address is at : 0x22fed0
Parent's address is at : 0x22fecc

关于将 GrandChild 从 Child 和 Parent 继承的顺序更改为

struct GrandChild :  public Child , public Parent { int a, b, c; };

输出 2：GrandChilds 的地址与 Child 的地址相同

GrandChild's address is at : 0x22fecc
Child's address is at : 0x22fecc
Parent's address is at : 0x22fed0

【讨论】：

【解决方案5】：

这里的其他答案已经完美地完成了这项工作，但无论如何让我打扰一下。

首先，Parent 不是父级，而 Child 不是 Parent 的子级；因为它不是从父级继承的。 Parent 和 Child 都是 GrandParent 的继承，而 GrandParent 不是...祖父母！

其次，回答您的问题，您观察到的效果并不是真正的不一致，而是 C++ 如何实现多态性。（我不认为其他答案已经清楚了）。

PolyMorphism（poly = many, morphism = morphing into）是一种面向对象的编程概念，它允许一个对象在运行时能够变形为许多不同的对象。这允许对象以不同的方式表现。例如，它现在可以是狗，然后是猫，然后是鬼。

在大多数面向对象语言、C++、Java 等中，多态是如何通过指针算术（增量）和继承来实现的。如果 std::string 可以变形为 std::vector 会很酷，但是因为它们不共享继承，所以在语法上是不可能的。

但是，对于您的 Parent 类，它可以变形为 GrandParent 或任何其他派生类。同样，GrandParent 可以演变为 Parent 或 Child。

多态的另一个名称是多态转换！！！

根据您的问题，了解多态性是一种 C++ 转换类型很重要。 C++ 转换旨在准确和无损。例如，您可以将 int 转换为 char 并返回。数据的完整性得到维护！同样，如果我从 GrandParent 转换为 Child（这是 static_cast 所做的）；最好将对象的指针设置为Child的地址。如果我们转换为 child 并继续从 GrandParent 读取，那么我们将读取 WRONG DATA。在您首先从 Parent 继承的情况下，我们最终会读取存储在 Parent 中的 a 和 b 值。

更糟糕的是，这种转换是错误的。如果我们转换为 Child，并且 child 有一个特殊的函数，例如 getString，如果我们从 GrandChild 的起始地址调用这个函数，BOOM！我们肯定会遇到运行时崩溃！

希望您喜欢这个视频并学到了一些东西。如果您想要更多免费视频，请记得点赞和订阅。谢谢。

【讨论】：