检测基类的派生指向派生类

Question

我目前正在研究多态类型和赋值操作之间的相互作用。我主要关心的是某人是否可能尝试将基类的值分配给派生类的对象，这会导致问题。

从this answer我了解到，基类的赋值运算符总是被隐式定义的派生类的赋值运算符隐藏起来。所以对于赋值给一个简单的变量，不正确的类型会导致编译器错误。

class A { public: int a; }; 
class B : public A { public: int b; }; 
int main() { 
    A a; a.a = 1; 
    B b; b.a = 2; b.b = 3; 
    // b = a; // good: won't compile 
    A& c = b; 
    c = a; // bad: inconcistent assignment 
    return b.a*10 + b.b; // returns 13 
} 

分配的这种形式可能会导致inconcistent对象的状态，但没有编译器警告和代码看起来为非作恶对我来说是第一次：但是，如果通过引用发生转让，这是不正确的一目了然。

是否有任何成熟的习惯用法来检测此类问题？

我想我只能希望运行时检测，如果我发现这样一个无效的任务会抛出异常。我现在可以想到的最佳方法是基类中的用户定义的assigment运算符，它使用运行时类型信息来确保this实际上是指向基本实例的指针，而不是派生类，然后做一个手动的逐个成员的副本。这听起来像是很多开销，严重影响了代码的可读性。有什么更容易吗？

编辑：由于某些方法的适用性似乎取决于我想要做什么，下面是一些细节。

我有两个数学概念，说ring和field。每个领域都是一个环，但不是相反。每个实现有几个实现，它们共享公共基类，即AbstractRing和AbstractField，后者从前者派生。现在我尝试实现易于编写的基于std::shared_ptr的引用语义。所以我的Ring类包含一个std::shared_ptr<AbstractRing>持有它的实现，和一堆转发到该方法。我想写Field从Ring继承，所以我不必重复这些方法。特定于某个字段的方法只需将指针投射到AbstractField，我想这样做是静态地进行投射。我可以确保指针在施工时实际上是AbstractField，但我担心有人会将Ring分配给Ring&，这实际上是Field，因此打破了我对所包含的共享指针的假定不变性。

Answer 1

由于无法在编译时检测到向下转换类型引用的分配，因此我会建议一个动态解决方案。这是一个不寻常的情况，我通常会反对这一点，但可能需要使用虚拟赋值运算符。

class Ring { 
    virtual Ring& operator = (const Ring& ring) { 
     /* Do ring assignment stuff. */ 
     return *this; 
    } 
}; 

class Field { 
    virtual Ring& operator = (const Ring& ring) { 
     /* Trying to assign a Ring to a Field. */ 
     throw someTypeError(); 
    } 

    virtual Field& operator = (const Field& field) { 
     /* Allow assignment of complete fields. */ 
     return *this; 
    } 
}; 

这可能是最明智的做法。

另一种方法是创建一个模板类，以便跟踪这个并简单地禁止使用基本指针*和引用&。模板化的解决方案可能会更难以正确实施，但可以进行静态类型检查来禁止沮丧。这是一个基本的版本，至少对于我来说，使用GCC 4.8和-std = C++ 11标志（对于static_assert），正确地给出了一个编译错误，“noDerivs（b）”是错误的来源。

#include <type_traits> 

template<class T> 
struct CompleteRef { 
    T& ref; 

    template<class S> 
    CompleteRef(S& ref) : ref(ref) { 
     static_assert(std::is_same<T,S>::value, "Downcasting not allowed"); 
     } 

    T& get() const { return ref; } 
    }; 

class A { int a; }; 
class B : public A { int b; }; 

void noDerivs(CompleteRef<A> a_ref) { 
    A& a = a_ref.get(); 
} 

int main() { 
    A a; 
    B b; 
    noDerivs(a); 
    noDerivs(b); 
    return 0; 
} 

如果用户首先创建了自己的引用并将其作为参数传递，则该特定模板仍可能被愚弄。最终，防止用户做愚蠢的事情是一种无望的努力。有时你只能做出公正的警告，并提供详细的最佳实践文档。