C++中的多态C风格转换是否有额外开销？

Question

• 在C++中，将指向派生类实例的指针转换为实例的基类，是否会有任何运行时开销，还是在编译时解决？

• 如果有的话，转换操作中需要计算什么？

示例：

class Foo;
class Bar : public Foo;

Bar* y = new Bar;
Foo* x = (Foo*) y;

（我知道应该使用C++风格的转换，而且答案可能对它们也是一样的）

我知道我应该使用C++风格的转换，并且它们的答案可能相同。

- Richard Simons

Answer 1

是的，尽管影响微乎其微。

在这种情况下，C风格的转换被解释为static_cast，可能会产生指针调整。

struct Base {};

struct Derived: Base { virtual ~Derived(); } // note: introduced a virtual method

int main()
{
  Derived derived;
  Base* b = &derived;
  Derived* d = (Derived*) b;

  void* pb = b;
  void* pd = d;

  printf("%p %p", pb, pd);

  return 0;
}

当基类子对象的对齐地址和派生对象不同时，就会发生这种开销，情况如下：

• 引入第一个虚方法
• 使用多重继承

当然，通常指针调整被认为是可以忽略的，如果不需要调整（即调整为0），编译器应该足够聪明以消除它。

注意：这取决于具体实现，而不是标准规定

- Matthieu M.

Answer 2

Foo* x = (Foo*) y;

不需要将Bar*转换为Foo*。从派生类到基类的转换是隐式的。

Foo* x = y ; // is enough!

关于多态转换，C风格的转换不等同于dynamic_cast。C++ dynamic_cast是一种全新的语言特性，与C风格的转换没有对应关系。

将指向派生类实例的指针转换为基类实例，在C++中会在编译时解决，如果像上面那样做。因此，它没有运行时开销。

- Nawaz

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这应该是一个注释。尽管如此，它并没有真正回答问题... - Oliver Charlesworth

@Nawaz：啊，好的 :) 无论如何，我会说可能会有一点开销：指针调整。不过偏移量应该在编译时就已知了... - Matthieu M.

@Matthieu：我们正在谈论“运行时”开销，而不是编译时。 :-) - Nawaz

@Nawaz：是的，非空偏移量意味着运行时计算（一个简单的加法/减法...但仍然需要计算！） - Matthieu M.

@Matthieu：你在说什么？ - Nawaz

Answer 3

C语言的类型转换没有任何运行时开销。唯一会产生运行时开销的类型转换操作是 dynamic_cast<>()，因为它需要检查运行时的类型信息。

- hkaiser

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你确定在多重继承的情况下，这个说法（即“无运行时开销”）仍是正确的吗？ - Oliver Charlesworth

@Oli：是的，因为只有dynamic_cast可以跨越多重继承类层次结构进行转换。static_cast只能在类层次结构中向上或向下转换。 - James McNellis

@James：我很少（基本上从不）使用MI。你是说如果C派生自A和B，那么你不能做例如A *p = new C;的操作吗？ - Oliver Charlesworth

@Oli：不，你可以这样做：你可以将Derived*转换为Base*（至少如果基类是可访问的）。此转换只向上强制转换继承层次结构。你不能这样做A* p; B* q = static_cast<B*>(p);因为这会跨越层次结构进行类型转换。你需要使用一对static_cast强制转换将A*转换为C*再转换为B*。 - James McNellis

@James：这正是我所想的！那么，我认为我的（暗示的）原始观点仍然成立：在多重继承中进行向上转型需要一小部分指针算术运算，因此并非零开销。 - Oliver Charlesworth

@Oli：哦，好的，是的，这取决于“开销”的定义。按照这个定义，即使是int i = 42; (double)i;也有开销，因为CPU必须将int转换为double。我认为在讨论强制类型转换时，“运行时开销”的通常含义是“需要某种类型查找”。 - James McNellis

Answer 4

请参考类似问题的答案：regular cast vs static cast vs dynamic cast

总结：C风格转换不会引起运行时开销，因为它会尝试使用一些C++转换方法，除了dynamic_cast（它会产生运行时开销）。

- Andrew

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你的回答与大多数其他回答直接相矛盾，你能否澄清一下你的意思？ - Richard Simons

犯了一个错误，抱歉 :) 更正了我的答案。 - Andrew