向下转型`vector<Parent>`

Question

我在我的程序中遇到了向上转型和向下转型的问题。我有一个 `vector`，它被传递给一个期望 `const vector& pp` 的函数中。在这里没有问题（编辑：显然是有问题的！请参见评论）。但是，现在我想将 `pp` 传递给一个期望 `const vector& cc` 的函数中，而我不能这样做。

在不给函数修改原始类的能力的同时，我该如何做到这一点？您能列出各种方法，并说明它们的优缺点吗？

- Eliad

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第一步就已经存在问题，与你所说的相反。你无法做到这一点。 - Konrad Rudolph

你应该考虑使用vector<smart_ptr<Parent>>，根据你的使用情况选择合适的智能指针变体（unique_ptr或shared_ptr）。这样，你仍然可以将Child对象存储在vector中，并将其传递给对元素进行多态操作的函数。 - Tony Delroy

@TonyD，谢谢。我决定按照你的建议使用智能指针。 - Eliad

Answer 1

有一种叫做“变化”的东西，它有三种不同的形式：

- 不变性 - 即使B扩展了A，T也不会扩展T - 协变性 - 当B扩展A时，T将扩展T - 逆变性 - 当B扩展A时，T将扩展T 在使用C++模板时，您最终会得到不变性。即使按名称看起来相同：vector和vector这些是两种不同的类型。

如果您查看编译器生成的内容，它们都操作可能具有不同大小的类型。由于C++依赖于对象大小的知识（例如，当计算数组中对象位置时），类型如Child[]不能强制转换为Parent[]，因为某些对象的位置可能会计算错误。出于同样的原因，模板的作用方式是不变的：编译器不能猜测何时进行此类转换是否安全。

因此，您需要解决这个问题，并且在这里有一些选项。其中一个是创建一个接受该参数模板的函数：

template<T>
void performAction(vector<T> objects) {
  // ...
}

另一种方法是使用（智能）指针替换值 - 它们可以轻松处理多态。

编辑:

为了说明我在最后一句话中的意思: 你可以简单地使用vector<unique_ptr<Parent>>或vector<shared_ptr<Parent>>来存储任何Parent实例（包括Child），因此您不必执行容器的任何类型转换。

- Mateusz Kubuszok

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关于你最后一段的问题：vector<Parent*>和vector<Child*>是完全无关的，你只能在所有地方都使用vector<Parent*>。 - molbdnilo

我确实是指你可以简单地使用vector<Parent*>来存储Parent和Child的实例，这样转换类型就不会有问题。但是，是的，我没有说得很清楚。 - Mateusz Kubuszok

我怀疑过（而且应该说我怀疑过，而不是自以为是地去表现）。+1。 - molbdnilo

Answer 2

你可以使用一个模板函数 template func(vector vec) { //根据传入的对象类型做一些操作 }。向量是对象的容器，所以对于一个期望接收一个向量 &pp 的函数，如果我们传递 vector &&cc 将不起作用，代码甚至无法编译。

我们可以使用类似以下的代码：

class A
{
    int i;
};

class B : public A
{
    int j;
    int k;
};


template<class T> void f(vector<T> &p)
{
    //can handle both types now
}

int main()
{
    B b1;
    A a1;


    vector<A> vectorA;
    vectorA.push_back(a1);

    vector<B> vectorB;  
    vectorB.push_back(b1);

    f<B>(vectorB);

    f<A>(vectorA);
    return 0;
}

- Nirmal Thakur

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咦？这似乎与其他几个答案和评论对C++类型系统的说法直接相矛盾。 - David K

@DavidK 这是怎么回事？你能详细解释一下你的意思吗？ - Nirmal Thakur

据我所知，以及其他答案和评论似乎也是这样说的，当期望使用vector<Parent>时，你不能使用vector<Child>。当然，你可以在期望使用Parent的地方使用Child，因为Child是从Parent派生出来的；但是vector<Child>并不是从vector<Parent>派生出来的。你是否写过一个函数，它接受了一个类似const vector<Parent> &&pp的参数，并将vector<Child>传递给它，它能按预期工作吗？ - David K

@DavidK 你说得对。这样做是行不通的，因为它不适用于容器。所以一个正确的解决方案是使用模板函数，就像在这个问题的答案中建议的那样。 - Nirmal Thakur

Answer 3

你做不到。这是不可能的。

绝对不要这样做：

template<typename TBase, typename TChild>
const std::vector<TBase*>& downcast(const std::vector<TChild*>& children)
{
    static_assert(std::derived_from<TChild, TBase>);
    return *reinterpret_cast<const std::vector<TBase*>*>(&children);
}

- Spongman

Answer 4

即使Child是从Parent派生出来的，或者反过来，vector<Child>和vector<Parent>是无关的，它们是不同的类型。

- Olaf Dietsche