如何在C ++中向下轉換以從父實例調用子函數？

Question

我試圖使用顯式向下轉換從父實例調用子函數（感謝指出@Aconcagua）。 作為C ++的初學者，我有這樣的事情：

Road currentRoad = ...;
duration = ((SpeedDataRoad) currentRoad).getSpeedProfileTime(dateinMillis, isRightDirection);

類SpeedDataRoad繼承自Road ：

class SpeedDataRoad : public Road{ 
     double getSpeedProfileTime(long dateinMillis, bool isRightDirection) {

     ...

}

但是我收到錯誤：

從'Road'到'SpeedDataRoad'的C風格演員陣容沒有匹配的轉換

任何關於我做錯的建議都將不勝感激。

---

為了清楚起見，我在Java中嘗試實現的內容將像這樣編寫並正常工作：

duration = ((SpeedDataRoad) currentRoad).getSpeedProfileTime(currentTime, isRightDirection);

Answer 1

您遭受稱為“對象切片”的效果：

SpeedDataRoad sdr;
Road currentRoad = sdr;

在第二行， sdr 按值分配給currentRoad ，但后者不適合保存完整的SpeedDataRoad對象。 因此，所有剩余的SpeedDataRoad都被簡單地切除，剩下的只是一個純粹的Road對象，只包含原始sdr對象的Road部分。

同時，由於您只剩下一個純Road對象，因此無法將其SpeedDataRoad回SpeedDataRoad對象。 現在缺少的部分應該從哪里來？

這與您不能將多態類型直接放入基類的容器（如std::vector ）中的原因完全相同。

你需要的是指針（如果你想能夠重新分配）或引用（否則是首選）：

SpeedDataRoad sdr;
Road& currentRoad = sdr;
//  ^ (!)
// or:
Road* currentRoad = &sdr;

現在你可以做演員了。 但明確的下線有一種糟糕的設計氣味。 從一開始就使用多態方法可能會更好：

class Road
{
public:
    virtual double getSpeedProfileTime(long, bool) = 0;
    //                                             ^ pure virtual
    // alternatively, you can provide a default implementation
};

class SpeedDataRoad : public Road
{
public:
    double getSpeedProfileTime(long, bool) override
    { /* ... */ }
};

現在你可以簡單地：

SpeedDataRoad sdr;
Road& currentRoad = sdr;
double profile = currentRoad.getSpeedProfileTime(0, false);

作為虛擬，你總是得到函數的正確變體，無論我們擁有哪個子類，以及它可能覆蓋函數的方式......

旁注1：您可能更喜歡更現代的C ++演員表，而不是舊的C風格演員陣容，您可以控制更精細的實際操作：

Road* someRoad = ...;
SpeedDataRoad* sdr = static_cast<SpeedDataRoad*>(someRoad);
SpeedDataRoad* sdr = dynamic_cast<SpeedDataRoad*>(someRoad);

如果您100％確定對象只能是所需類型，則可以使用static_cast 。 在這種情況下，你可以避免任何根本不能提供任何服務的運行時測試（你還是100％肯定，還記得嗎？）。 奇怪的重復模板模式是一個典型的場景。

如果你不能確定類型，那么dynamic_cast就會起作用，它會做一些運行時類型檢查，只返回一個空指針（如果在指針上使用）或者拋出一個std::bad_cast （如果用在引用上），如果實際類型不是所需類型（或子類）。 當不同的多態類型存儲在向量中時（作為基類的指針，見上文），可能會出現這種情況。 但是再說一遍：需要一個演員可能暗示你的設計存在缺陷......

（為了完整性：還有const_cast和reinterpret_cast ，但你應該遠離這些，除非你真的，真的知道你做了什么。）

附注2：與Java的差異。

在Java中，我們在本機和引用類型之間隱式區分。 原生的總是通過值傳遞，引用類型總是通過引用傳遞 - 好吧， Java引用 ，它實際上比C ++引用更像是一個C ++ 指針 （可以為null ，可以重新賦值）。 在Java中，這是隱式發生的，在C ++中，您需要明確（另一方面，您可以為任何類型都有兩種行為）。

Java強制轉換（Java！）引用的行為類似於C ++ dynamic_cast （在引用時，即拋出，它在類型不匹配時不會返回null ）。

最后（關於我的多態性建議），在Java中，所有函數都是隱式虛擬的，在C ++中，你必須再次明確（應用virtual關鍵字，見上文）。

Answer 2

您正在切割 SpeedDataRoad對象。 與具有指針/引用語義的Java對象不同，C ++對象具有值語義。 這意味着，在您的示例中， currentRoad是Road ，而不是SpeedDataRoad 。 它是您在...創建SppedDataRoad的Road部分的副本 。

要使用多態性是C ++，您需要使用引用或指針。 也就是說，以下操作無效，因為currentRoad 不是 SpeedDataRoad ：

double foo(Road currentRoad)
{
    //...
    return ((SpeedDataRoad)currentRoad).getSpeedProfileTime(currentTime, isRightDirection);
}

int main()
{
    SpeedDataRoad road;
    foo(road);
}

雖然以下內容可行，因為currentRoad 引用了SpeedDataRoad ：

double foo(Road& currentRoad)
//             ^---------------- Pass by reference now
{
    //...
    return dynamic_cast<SpeedDataRoad&>(currentRoad).getSpeedProfileTime(currentTime, isRightDirection);
    //     ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
    //     Using C++-style cast and casting reference to reference
}

int main()
{
    SpeedDataRoad road;
    foo(road);
}

在第一個示例中， currentRoad是Road road的副本 ，而在第二個示例中， currentRoad是對road的引用 。

---

您還應該避免在C ++中使用C風格的強制轉換。 在這種情況下，最好使用dynamic_cast<SpeedDataRoad&>(currentRoad)或者，如果您絕對確定currentRoad將始終是對SpeedDataRoad對象的引用， SpeedDataRoad static_cast<SpeedDataRoad&>(currentRoad) 。 如果currentRoad不是對SpeedDataRoad的引用，前者將執行運行時類型檢查並拋出異常，而后者將避免執行運行時類型檢查的（小）開銷，但如果currentRoad不是引用，則會導致未定義的行為到SpeedDataRoad 。

Answer 3

這被稱為向下傾斜而不是向上 - 通過dynamic_cast直截了當地實現這一目標：

if (SpeedDataRoad* sdroad = dynamic_cast<SpeedDataRoad*>(&currentRoad); sdroad != nullptr) {
   duration = sdroad->getSpeedProfileTime(currentTime, isRightDirection);
}

Answer 4

如果要在函數內部檢查是否可以將指針/引用向下轉換為子項，則需要使用動態強制轉換。

void foo(Road* road){
  SpeedDataRoad* child{nullptr};
  if(child = dynamic_cast<SpeedDaraRoad*>(road){
    // Do something with SpeedDataRoad
  } else {
     // road is not an instance of SpeedDataRoad
  }
}

你也可以使用帶引用的dynamic_cast ，就像這樣

cppSpeedDataRoad& child = dynamic_cast<SpeedDataRoad&>(reference_to_road);

但要小心，好像演員表失敗， std::bad_cast將被拋出。

Answer 5

在C ++中，我們盡量不使用C風格的轉換。 (typename)object 。 相反，有4種類型的類型轉換。

1. static_cast<typename*>(pointer) static_cast<typename>(value) ：指針的上傳和值類型的類型轉換

2. dynamic_cast<typename*>(pointer) ： dynamic_cast<typename*>(pointer)安全向下轉換（你應該使用的那個）。 它對upcasting進行運行時檢查，因此存在運行時成本。

3. const_cast<...>(...) ：常量類型

4. reinterpret_cast<typename*>(pointer) reinterpret_cast<typename>(value) ：類似於C風格的強制轉換。

對於對象（已分配堆棧），我很少使用強制轉換。 因為C ++中的自然對象有自己的大小，所以轉換可能會改變它們的大小。