C++ 从多重继承向上转型；源不是多态的答案

【问题标题】：C++ Upcasting from Multiple Inheritance; the source is not polymorphicC++ 从多重继承向上转型；源不是多态的
【发布时间】：2019-10-14 21:11:57
【问题描述】：

我是 C++ 的新手。我有两个纯抽象类（如接口），我从这两个纯抽象类派生一个类。

在某种情况下，我需要将派生类指针向上转换为基础抽象类之一。首先，有没有限制。

class IBase1
{
  virtual ~IBase() = default;
}

class IBase2
{
  virtual ~IBase2() = default;
}

class Derived : public IBase, public IBase2
{
}

Derived d;
IBase1* basePtr = dynamic_cast<IBase1*>(&d);

在这里，如果我使用任何其他类型转换，我不太确定，但我从类型转换中得到了无效的指针，所以我需要使用 dynamic_cast 从多重继承中向上转换，对吗？

当我这样做时，我得到一个错误“源类型不是多态的”

我的基类是纯抽象类，所以它们至少有一个虚拟方法，所以应该没问题，但是为什么会出现这个错误？是关于多重继承吗？

编辑：这里还有一层。我的派生类需要包含两种不同类型的实例，但我的实例确实是巨大的变量，因此作为 C 开发人员:)，我计划使用 Union 来减少内存使用量。联合只有从纯抽象类派生的两个类的实例。所以，我假设联合实例地址也应该指向我的类实例的偏移量，但是 C++ 不可能知道写入成员方法的地址。

class IFile
{
public:
  virtual ~IFile() = default;
};

class IDirectory
{
public:
  virtual ~IDirectory() = default;
};

class FileSystem1 : public IFile, public IDirectory
{
public:
  FileSystem1() { }

  virtual ~FileSystem1() final override = default;
private:
   Native1APIInstance file;
};

class FileSystem2 : public IFile, public IDirectory
{
public:
  FileSystem2() { }

  virtual ~FileSystem2() final override = default;
private:
   Native2APIInstance file;
};

union FileSystemInstance
{
  FileSystem1 fs1;
  FileSystem2 fs2;
  FileSystemInstance(string path)
  {
    if (path[0] == '1') // initialise fs1
    else if (path[0] == '2') // initialise fs2
  }
};

FileSystem fs("<PATH to File System>");
IFile* file = reinterpret_cast<IFile*>(&fs);

在这里，我不想关心初始化了哪个实例。我只想使用基类接口。我想知道联盟是否有可能？

谢谢。

【问题讨论】：

修复代码，让它显示问题，而不是一堆拼写错误。
你不需要 any 演员表。 Derived 已经是 IBase 类型，而 Derived* 可以转换为 IBase*（反之则不然）。另外，在修正了很多错别字之后，I cannot reproduce the problem
dynamic_cast 在这种情况下不需要。 IBase* basePtr = &d 可以正常工作。从基础到派生时，您需要动态转换。
如果你真的需要将你的对象向上转换为它的基类，你也应该重新考虑你的设计。
@Jens 我认为你的意思正好相反。向上转换多态类型很常见；它是硬编码的向下转换，通常表示设计错误。

标签： c++ multiple-inheritance dynamic-cast upcasting

【解决方案1】：

class FileSystem1 : public IFile, public IDirectory

让我们坐下来想一想。这断言FileSystem1 是（或更正式地说，在任何可能的情况下，可以用来代替）IFile 或IDirectory。

至少在大多数人使用这些术语时，事情根本不是这样的。正如大多数人使用的术语一样，文件系统包含一些东西，每一个都可以是文件或目录：

class FS_node {
    virtual std::string name() const { return name_; }
    // ...
    virtual ~FS_node = default;
};

class File : public FS_node {
    // ...
};

class Directory : public FS_node { 
    // ...
};

class FileSystem { 
    std::vector<FS_node *> nodes;
public:
    // ...
};

现在，从表面上看，您必须处理两个完全独立的文件系统。有很多方法可以做到这一点。一种可能性是有一个定义文件系统接口的基本 FileSystem 类，然后有两个派生类在操作系统级别根据两个单独的 API 实现该接口。

另一种可能性是实现类似的功能，但不是使用继承，而是在实例化 FileSystem 对象时将 API 接口类指定为模板参数：

template <class Api>
class FileSystem {
    Api api;
public:
    FileSystem(Api const &api) : api(api) {}

    // FS functions for finding files and such go here,
    // each implemented via the `Api` passed as a parameter
};

至于使用模板和继承之间的区别：它与往常几乎相同：模板是静态的，因此如果（例如）您想要可以在编译时指定为 Windows 还是 Linux 编译的代码，模板应该工作得很好。另一方面，如果您正在处理类似文件系统的单个集合，并且该集合可能包含对象的混合，每个对象代表不同的文件系统，并且您希望能够透明地处理所有这些对象在运行时，您可能需要使用继承层次结构。

但至少在我看来，您的 FileSystem 源自 File 和 Directory 类的原始设计几乎可以肯定是一个非常严重的错误。我们可能需要更多地了解您正在做什么，才能确定哪种方法真正是最佳的，但可能并非如此。

暂时忽略所有关于设计的内容，看看如何从指针转换为派生到点到基的问题，我们确实只有两种情况非常重要。如果您使用公共继承（如问题所示），则转换根本不需要强制转换：

FileSystem1 foo1;

IFile *fileBase = &foo1;      // No problem.
IDirectory *dirBase = &foo1;  // Likewise

如果您使用私有派生，那么您刚刚发现了一种非常罕见的情况：您实际上需要使用 C 风格的强制转换来正确地进行转换：

class Base1 {};
class Base2 {};

// Note: private derivation: 
class Derived : Base1, Base2 {};

Derived d;
Base1 *b1 = (Base1 *)&d;
Base2 *b2 = (Base2 *)&d;

对于这种特殊情况（将派生类转换为不可访问的基类），“新”C++ 类型转换都无法完成这项工作——您必须使用 C 风格类型转换。

【讨论】：

嗨@jerry-coffin，感谢您提供详细信息。它是一个嵌入式软件。我们有不同类型的物理驱动器，它们具有不同的文件系统（比如 Fat、NTFS）。我们系统的限制是不允许动态内存（我们甚至不能使用 STL）。因此，关系必须是公司；一旦我们创建了文件系统，也必须创建特定的文件系统。所以，第一个建议对我不起作用，我不能在这里使用需要在文件系统之外单独实例化的指针。
对于第二个推荐（模板），我试图用文件路径抽象出所有这些细节。我的想法是如果路径显示物理驱动器 X(NTFS)，只需隐式初始化 NTFS，因此用户应用程序在访问文件时不必知道文件系统。所以，我使用一个模板，我需要像下面这样传递低级文件系统实例；我试图避免 FileSystemInstance f("0:/A.txt"); FileSystemInstance f("1:/A.txt");

【解决方案2】：

看来问题出在 Union 数据结构上。例如，如果我在以下工作时使用联合；

FileSystem fs; 
fs.fs1.Func();

下面的不行

FileSystem fs; 
FileSystem1* fs1 = &fs.fs1; (No casting, the same type)
fs1->Func();

我遇到了第二种情况的异常，它以某种方式找不到虚函数表（vtable 的访问冲突；0xCCCCCCCC）。对我来说没有意义。

如果我将 Union 更改为 Class 类型，则相同的代码可以工作。它必须与联盟本身有关。我需要好好研究它，或者放弃这个想法。谢谢你们。

【讨论】：