将 unique_ptr<Base> 向下转型为 unique_ptr<Derived>

Question

将 unique_ptr<Base> 向下转型为 unique_ptr<Derived>

c++c++11smart-pointersfactory-patternunique-ptr

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我有一系列的工厂会返回unique_ptr<Base>。但实际上，在内部它们提供了指向各种派生类型(unique_ptr<Derived>, unique_ptr<DerivedA>, unique_ptr<DerivedB>等)的指针。

给定DerivedA : Derived和Derived : Base，我们有：

unique_ptr<Base> DerivedAFactory() {
    return unique_ptr<Base>(new DerivedA);
}

我需要做的是将从返回的unique_ptr<Base>中的指针“转换”为某个派生层次（不一定是原始内部层次）。举个伪代码的例子：

unique_ptr<Derived> ptr = static_cast<unique_ptr<Derived>>(DerivedAFactory());

我打算通过释放 unique_ptr 中的对象，然后使用一个将裸指针转换并重新分配给另一个所需类型 unique_ptr 的函数来完成此操作（在调用之前，release会由调用者明确执行）：

unique_ptr<Derived> CastToDerived(Base* obj) {
    return unique_ptr<Derived>(static_cast<Derived*>(obj));
}

这个是否有效，或者会出现奇怪的事情发生？

PS. 增加了一个复杂性，在某些工厂中驻留在动态加载的DLL中，这意味着我需要确保生成的对象在与它们创建时相同的上下文（堆空间）中被销毁。所有权的转移（通常发生在另一个上下文中）必须从原始上下文提供删除器。除了必须提供/强制转换指针的删除器之外，转换问题应该是相同的。

- d7samurai

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我会让 CastToDerived 使用 unique_ptr<T>&&。之所以没有与 shared_ptr 的 static_pointer_cast 等效的转换，是因为通常转换不会修改其参数。但对于 unique_ptr，你必须将指针从参数移动到转换返回的对象中。 - dyp

@dyp 我认为在这种情况下，swap 也可能是一个不错的选择。 - user2485710

@d7samurai（继续..）你的CastToDerived函数可以通过CastToDerived(my_ptr.get())（这是一个错误）和CastToDerived(my_ptr.release())（这是正确的）来调用。为了防止前者，我建议使用像CastToDerived(std::move(my_ptr))这样显式的方式，可能会更加明确，也不容易出错。或者，在名称上进行明确，比如move_static_cast<Derived>(my_ptr)。 - dyp

是的，它的草图表明调用者执行my_ptr.release()。这样做的原因当然是因为调用者必须意识到释放。 - d7samurai

@d7samurai 是的，但在我看来，这是容易出错的，因为调用者可能会直接使用 my_ptr.get()。因此，在调用站点强制使用 std::move，或让转换函数移动指针，但这样做需要让转换函数的名称表明它会修改其参数。 - dyp

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- Praetorian · Accepted Answer

我会创建一对函数模板static_unique_ptr_cast和dynamic_unique_ptr_cast。在您绝对确定指针实际上是Derived *的情况下，请使用前者，否则请使用后者。

template<typename Derived, typename Base, typename Del>
std::unique_ptr<Derived, Del> 
static_unique_ptr_cast( std::unique_ptr<Base, Del>&& p )
{
    auto d = static_cast<Derived *>(p.release());
    return std::unique_ptr<Derived, Del>(d, std::move(p.get_deleter()));
}

template<typename Derived, typename Base, typename Del>
std::unique_ptr<Derived, Del> 
dynamic_unique_ptr_cast( std::unique_ptr<Base, Del>&& p )
{
    if(Derived *result = dynamic_cast<Derived *>(p.get())) {
        p.release();
        return std::unique_ptr<Derived, Del>(result, std::move(p.get_deleter()));
    }
    return std::unique_ptr<Derived, Del>(nullptr, p.get_deleter());
}

使用右值引用作为函数参数，以确保您不会通过将传递给您的unique_ptr“窃取”而使调用者无法正常运行。