这是向下转换未定义吗？

Question

考虑这个例子，基类有一些数据成员，而派生类只提供了一个额外的方法：

struct TestBase
{
    int x;
    TestBase() : x(5) {}
};

struct TestDerived : public TestBase
{
    void myMethod()
    {
        x=8;
    }
};

int main()
{
    TestBase b;
    TestDerived& d=static_cast<TestDerived&>(b);
    d.myMethod();
}

这是向下转换为错误的类型，因此 AFAIU 它具有未定义的行为。但是这种情况是否有例外，派生类的布局与基类的布局相同？

Answer 1

来自标准（强调我的）：

§5.2.9 静态转换 [expr.static.cast] ...

(2) “cv1 B”类型的左值，其中 B 是类类型， 可以转换为类型“对 cv2 D 的引用”，其中 D 是从 B 派生的类，如果有效 存在从“指向 D 的指针”到“指向 B 的指针”的标准转换，cv2 是 与 cv1 和 B 相同的 cv 限定或更高的 cv 限定 既不是 D 的虚基类，也不是虚基的基类 D 类。结果的类型为“cv2 D”。 “cv1 B”类型的 xvalue 可能是 强制转换为类型“对 cv2 D 的右值引用”，具有与 for 相同的约束 “cv1 B”类型的左值。 如果“cv1 B”类型的对象实际上是一个对象的子对象 类型 D，结果引用类型 D 的封闭对象。 否则，行为未定义。

我的第一个猜测是，在这种情况下，演员表应该是有效的， 因为我对子对象这个词感到困惑。

现在（感谢@T.C. 和@M.M），很明显，在这种情况下，行为是未定义的。

强制转换在以下示例中有效：

int main()
{
    TestDerived d;
    TestBase &br = d; // reference to a subobject of d
    TestDerived &dr = static_cast<TestDerived&>(br);  // reference to the original d object
    d.myMethod();
}

这里，TestDerived (d) 类的对象将具有TestBase 类的子对象（br 是对该对象的引用）。

Answer 2

static_cast<> 如果您尝试在不兼容的类型之间进行转换，将生成编译器错误，但它不保证在编译时或运行时转换是有效的。

由于 TestDerived 继承自 TestBase，因此它是 static_cast 运算符允许的合法转换，但并非所有向下转换都一定是安全转换。

在上面的代码中，它只是碰巧安全地工作——很可能是因为 TestMethod 只访问基类成员，是单继承，没有 vtables，并且没有做任何复杂的事情。因此，编译器可能将强制转换视为无操作的简单示例。其他人会告诉你“这是未定义的行为”——而不是假设任何关于这样编写的代码。 （而且他们也是正确的。）