智能指针应该如何进行向下转型？

Question

智能指针应该如何进行向下转型？

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智能指针是否处理向下转换(down casting)，如果不是，有什么安全的工作方法可以解决这个限制？

我想做的一个例子是拥有两个STL向量（例如），包含智能指针。第一个向量包含基类的智能指针，而第二个包含派生类的智能指针。智能指针计数引用，例如类似于Boost的shared_ptrs，但是手动实现的。我提供了一些示例代码：

vector<CBaseSmartPtr> vecBase;
vector<CDerivedSmartPtr> vecDer;
...
CBaseSmartPtr first = vecBase.front();
vecDer.push_back(CDerivedSmartPtr(dynamic_cast<CDerived*>(first.get()));

我认为这不是很安全，因为我觉得我最终会有两个智能指针管理同一个对象。在未来的某个时刻，这可能会导致其中一个释放对象，而另一个仍然持有对它的引用。

虽然我希望可以直接向下转型并保持相同的对象，但我认为这行不通，例如：

dynamic_cast<CDerivedSmartPtr>(first)

我是否应该将第二个容器更改为使用CBaseSmartPtr，并仅在使用时进行下转型？还有其他解决方案吗？

- dlanod

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我认为这是一个有趣的问题，因为它涉及到智能指针实现的内部。但我也要指出，将向下转型构建到您的策略中意味着设计缺陷，在我看来。 - Peter Cardona

回答为什么我要自己写，是因为这是遗留代码，要将当前使用的代码全部替换成Boost将是一个相当大的改变。不过这已经列在我的“未来需要考虑的事项”清单上了。 - dlanod

“普通”的智能指针在共享所有权方面没有问题；事实上，常规的 Boost 智能指针甚至被命名为 shared_ptr。为什么对于您来说有两个智能指针共享所有权是个问题呢？ - MSalters

@MSalters: first.get() 可能表明他们不知道他们应该分享。 - sbi

我不明白为什么“拆除并替换为boost.shared_ptr”比“拆除并替换为我自己制作的同样副本”更大、更激烈的变化。 - jalf

@jalf：事实上，使用boost，你只需要关注“剪切和替换”中的错误，而不必担心智能指针的问题。 - sbi

5个回答

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您需要的是指向类型的协变属性。也就是说，如果D是B，则您希望smartptr<D> isa smartptr<B>。我认为在C++中这并不优雅地得到了支持，但通常情况下，可以使用模板/重载的方法进行hack。 http://www.boost.org/doc/libs/1_39_0/libs/smart_ptr/pointer_cast.html提供了适用于常规和boost::smart_ptr的动态转换。如果您不想使用Boost，请从其实现中学习。

- Jonathan Graehl

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对于使用dynamic_pointer_cast，给予加1分；而声称C++没有协变返回类型则扣1分。参见此处链接：http://www.parashift.com/c++-faq-lite/virtual-functions.html#faq-20.8 - Michael Kristofik

@Kristo：我对这两点非常赞同，但我仍然认为这是非常好的建议。@王王：你为什么不删除错误的陈述呢？这会让其他人更容易给你赞同，否则这是一个不错的答案。 - sbi

你是对的 - 我没意识到虚方法允许协变返回类型！但确实如你所言，泛型类型，比如ptr<A> 和 vector<A>并不支持协变（尽管Java通过类型擦除实现了这一点）。 - Jonathan Graehl

@wang-wang：是的，仅使用核心语言无法实现从std::vector<Derived*>到std::vector<Base*>的转换。我也认为这是C++的不足之处。 - sbi

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请在Boost邮件列表之一中此处关注该线程。它展示了在boost::shared_ptr的情况下如何实现智能指针向下转换。祝您好运！

- Abhay

看起来真的很可怕。他正在将 shared_ptr<T>* 转换为 shared_ptr<U>*。另请参阅 Rainer Deyke 的回答。 - MSalters

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普通的智能指针，如std::auto_ptr，在STL容器中使用不安全，因为当STL将智能指针实例分配给彼此时，所有权会移动，因为它在内部复制数据。您需要使用类似boost::shared_ptr的东西，它在内部实现引用计数，以确保一个对象保持活动状态，无论有多少智能指针实例引用它。如果您正在编写自己的智能指针类型，则需要实现类似的引用计数。

- Remy Lebeau

谢谢，我会在问题中添加一条注释，明确表示我打算使用引用计数智能指针。 - dlanod

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我在微软页面上找到了这个：

    std::shared_ptr<base> sp0(new derived); 
    std::shared_ptr<derived> sp1 = 
    std::dynamic_pointer_cast<derived>(sp0);

- stjepano

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可以查看英文原文，
原文链接

- MSalters · Accepted Answer

智能指针可以处理向下转型，但这并不是自动的。而且，实现const正确性可能会有些复杂（我在面试问题中使用了我们的智能指针实现，其中涉及到一些模板技巧）。但是，许多智能指针的用户根本不会使用带有const限定类型的智能指针。

你需要正确处理的第一件事是计数器。由于您可能需要在smart_ptr和smart_ptr之间共享计数器，因此计数器类型不应取决于类型参数。总的来说，这并不是什么大问题。计数器只是一个size_t，可能包装在类中。（注意：还有其他智能指针设计，但问题强烈暗示使用计数器）

向基类的转换应该相当简单。因此，您的smart_ptr应该具有一个接受smart_ptr的构造函数。在此构造函数中，添加一行static_cast((U*)0);。这不会生成代码，但可以防止T不是U的基类（除了const修饰符）时进行实例化。

反过来则需要显式转换。您无法编程枚举T的所有基类，因此smart_ptr不能派生自smart_ptr、smart_ptr等。因此，dynamic_cast>将不起作用。您可以提供自己的smart_dynamic_cast(smart_ptr const& pU)。这最好实现为返回一个SPT的函数。在此函数中，您可以简单地执行return SPT(dynamic_cast(&*pU))。