C++ 在模板化指针类型之间轻松转换答案

【问题标题】：C++ Easily Cast Between Templated Pointer TypesC++ 在模板化指针类型之间轻松转换
【发布时间】：2021-01-27 23:02:09
【问题描述】：

假设我有一个模板化的Array<T> 结构，我想从T * 的一种指针类型转换为另一种。具体来说，我有一个返回Array<Entity *> 的函数，我想将其转换为Array<Player *>：

Array<Entity *> get_player_entities();

Array<Player *> players = (Array<Player *>)get_player_entities();

请注意，Player 扩展了 Entity。因为指针具有相同的大小，这应该没问题！但我收到以下错误：

error C2440: 'type cast' : cannot convert from 'Array<Entity *>' to 'Array<Player *>'; No constructor could take the source type, or constructor overload resolution was ambiguous

所以我可以做以下，但是有点麻烦：

Array<Entity *> temp = get_player_entities();
Array<Player *> players = *(Array<Player *> *)&temp;

想知道是否有更简单的方法来解决这个问题？为什么不允许这样做？不应该将一种指针类型转换为另一种类型总是有效吗？例如，在非模板世界中，您始终可以在不同的指针类型之间进行转换。

理想情况下，我希望解决方案不涉及额外的模板。例如，我知道我可以将 get_player_entities 方法更改为模板化。

【问题讨论】：

不应该将一种指针类型转换为另一种类型总是有效吗？ 除了某些边缘情况（如转换成员函数指针或转换函数指针），通常将一种数据指针类型转换为另一种指针类型要么有效，要么是未定义的行为。第一种情况，强制转换不是强制转换指针类型，所以这个问题无关紧要。第二种情况，它是未定义的行为，所以任何事情都可能发生。
你这个有点麻烦的解决方案是可怕的。如果您要点亮一个包含转换后的指针的新容器，请使用 std::transform 或类似名称。无论如何，您都会受到制作容器副本的影响。关于您的问题，“不应该将一种指针类型转换为另一种类型总是有效”不，它不应该，而且它没有。
这与大小无关；这是关于语义的。指向基址的指针与指向派生的指针具有不同的操作集。在某些情况下，其中一种类型的对象可以转换为另一种，但没有大锤总是强制转换。
由于Array 是您自己的类型，您可以考虑添加一个函数来进行转换：template <class T> T* to_type(int idx) { return (T*)(*this)[index]); }。您可以使用显式类型调用它：my_array.to_type<Player>(3);。

标签： c++ arrays templates

【解决方案1】：

因此，一般来说，向下转换是不安全的。您可以拥有同时扩展 Entity 的 Foo，并且将所有 Entity 强制转换为 Player 而不进行检查会导致错误。

有一些方法可以做你想做的事（例如，为Array<T> 提供一个显式构造函数），但是因为你正在处理指针，我不建议这样做：你正在处理原始指针，看起来，所以处理所有权和范围会很棘手。如果没有看到 Array<T> 是什么，真的很难说这是多么安全或危险，最后，看起来你正在重新实现 STL 的一部分。

如果您知道 ArrayEntity*> 确实是玩家列表，则使用 Player 作为类型，而不是 Entity。如果没有，并且您想获取所有玩家的列表，那么简单的方法是迭代列表中的所有实体对象，然后在每个指针上调用dynamic_cast<Player*>，将其放入新的Array。 这通常是一种糟糕的代码气味并且非常昂贵。这意味着您已经破坏了封装 - 您应该重新考虑程序中类型和/或容器的层次结构。

【讨论】：

【解决方案2】：

想知道是否有更简单的方法来解决这个问题？为什么不允许这样做？

Array<Base> 不能转换为Array<Derived> 的一般原因是实例化模板会创建一个 new 类型。同一模板的两个实例化是两个独立的类型。当我们说Array<Base>（或其他）时，我们不再谈论称为Array 的模板，而是谈论称为Array<Base> 的具体类型。

即使模板没有专门化，许多模板也非常依赖于它们的类型参数，以至于它们会根据所使用的类型参数而发生显着变化。

不应该将一种指针类型转换为另一种指针类型总是有效吗？例如，在非模板化的世界中，您始终可以在不同的指针类型之间进行转换。

当然，Entity* 和 Player* 之间的转换可以正常工作。不过，这根本不是你想要做的——你试图在独立类型 Array<Entity*> 和 Array<Player*> 之间进行转换。

有一种方法可以做你想做的事，但它是编写一个包装器类型来为你做指针转换。不要强制转换顶级数组对象并强制复制。

例如，

template <class Derived>
class ArrayView
{
    Array<Entity*> &data_;

public:
    explicit ArrayView(Array<Entity*> &origin) : data_(origin) {}

    Derived* front() { return static_cast<Derived*>(data_.front()); }
};

最后，你会得到类似的代码

ArrayView<Player> players{entities};

或其他。请注意，您需要注意原始数组的生命周期，并且需要使用强制转换等复制整个接口。哦，你可能想使用std::is_base_of 或std::is_convertible 或其他东西来确保在出错时得到有用的错误。

【讨论】：