C++ 多态克隆：如何从基指针获取派生指针？

Question

这已经是我发送的几篇关于这个 subjet 的帖子，如果这让你们中的一些人感到困扰，我深表歉意。在玩了几天并尝试了不同的替代方案（模式）后，我得出了以下结论，这使我能够更好地提出我的问题。

我有一个Base * 的向量，并且有许多从 Base 派生的 Derived<T> 类。不同的类参数 T 以前向声明的开头声明。我需要的是从这个vector<Base *> 中获取一对对象并使用模板应用function(Derived<T1> obj1, Derived<T2> obj2) 以进行某种双重调度。但是，当我从向量中获取一个元素时，我无法将指向 Base 的指针转换为指向 Derived 的指针。因此，我不能使用function(Derived<T1> obj1, Derived<T2> obj2)。

当然，这可以简单地使用dynamic_cast<Derived<T> *>(base_ptr) 来实现。但是，这不是我想要的，因为要这样做，必须事先知道 T，这里不是这样。我必须能够从向量中选择任何元素，而无需知道它们的 Derived<T> 类型。

因此，我尝试了多态克隆。尽管它使用协变返回类型，但不幸的是，它不起作用。正如不同人在SO中解释的那样，根据C++标准，原因是在编译时，编译器仍然不知道对象的完整类型。因此，尽管人们期望 clone() 应该返回一个 Derived<T> *，但它返回一个 Base *。

接下来的几行代码表达了我的意思。 一般来说，多态克隆用于以下情况：

Base *b1 = new Derived;
Base *b2;
b2 = b1->clone();

这不是我想要的。我需要的是一个指向派生的指针：

Base *b1 = new Derived;
Derived *d1;
d1 = b1->clone(); // This is what I want, but it fails.

在这里，编译器抱怨说不能将Base * 类型的对象分配给Derived * 类型的对象。因此，我不能在function(,) 中使用*d1。

我也尝试了非虚拟接口（NVI）的方法，但是没用。

有没有人知道如何解决上面的简单代码，特别是最后一行？非常感谢。

Answer 1

你想要什么是不可能的，因为不能保证Base *指向的对象实际上是Derived的一个实例。

您能做的最多就是为您的clone() 函数使用协变返回类型。

class Base
{
public:
    virtual Base* clone() const
    {
        return new Base(*this);
    };
    virtual ~Base() {};
};

class Derived : public Base
{
public:
    virtual Derived* clone() const    // note different return type
                                      // this does override the inherited version
    {
        return new Derived(*this);
    }
};


int main()
{
    Base *b = new Derived;
    Derived *d1 = b->clone();    // this does not work

    Derived *o = new Derived;
    Derived *d = o->clone();    // this works
}

如果您想从Base * 克隆到Derived *，则需要进行运行时检查并强制进行类型转换。

Base *b = new Derived;

Base *temp = b->clone();
Derived *d = dynamic_cast<Derived *>(temp);
if (d)
{
     // d is actually an instance of Derived so can be used as such
}
else
{
     //  The cloning did not produce a Derived.  Cope with it
}
delete temp;   // this will delete the object pointed to by d, since it is the same object

不过，一般来说，您要问的是设计有缺陷的积极指标。一般而言（假设您需要一个具有多态基础的类层次结构），您需要设计Base，因此它的接口（特别是一组可能由派生类专门化的虚函数）足以让该类的所有用户做他们需要的。 Base 的所有用户都应该需要一个指向Base 的指针或引用（即Base & 或Base *），并且他们不需要从Base 转换为Derived。查看“Liskov 替换原则”了解更多信息。

Answer 2

我认为在这种情况下你应该进行强制转换。您可以通过 Google 搜索更多关于 static_Cast 和 reinterpret_cast 的信息。这里有一些参考：How to force implicit conversion in polymorphism, Proper way of casting pointer types