将shared_ptr<Derived>作为shared_ptr<Base>传递

Question

如何将派生类型的shared_ptr传递给接受基础类型shared_ptr的函数，这是最佳方法？

通常我通过引用传递shared_ptr以避免不必要的复制：

int foo(const shared_ptr<bar>& ptr);

但是如果我尝试做类似这样的事情，这种方法就不起作用了

int foo(const shared_ptr<Base>& ptr);

...

shared_ptr<Derived> bar = make_shared<Derived>();
foo(bar);

我可以使用

foo(dynamic_pointer_cast<Base, Derived>(bar));

但是这种方法有两个缺点：

• dynamic_cast似乎对于一个简单的派生类到基类转换来说有点过度。
• 据我所知，dynamic_pointer_cast创建了一个指针的副本（尽管是临时的），以传递给函数。

有更好的解决方案吗？

更新备忘录：

结果发现这是一个缺失头文件的问题。而且，我在这里尝试做的事情被认为是反模式。通常情况下：

• 不会影响对象生存期的函数（即在函数执行期间该对象保持有效）应采用普通引用或指针，例如int foo(bar& b)。

• 消耗对象的函数（即给定对象的最终用户）应采用按值传递的unique_ptr，例如int foo(unique_ptr<bar> b)。调用者应使用std::move将值移动到函数中。

• 扩展对象生存期的函数应采用按值传递的shared_ptr，例如int foo(shared_ptr<bar> b)。避免循环引用的通常建议同样适用。

详见Herb Sutter的基础回顾讲座。

- Matt Kline

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为什么要传递一个 shared_ptr？为什么不能传递 bar 的 const 引用？ - ipc

任何dynamic转换只需要用于向下转换。此外，传递派生指针应该完全可以工作。它将创建一个具有相同引用计数（并增加它）和指向基类的指针的新shared_ptr，然后绑定到const引用。但是，既然您已经使用了引用，我不明白为什么您要使用shared_ptr。取一个Base const&并调用foo(*bar)即可。 - Xeo

@Xeo：传递派生指针（即foo(bar)）在MSVC 2010中不起作用。 - Matt Kline

“明显不起作用”是什么意思？代码编译并正确执行，您是在问如何避免创建临时的 shared_ptr 以传递给函数吗？我非常确定这是无法避免的。 - Mike Seymour

@Seth：我不同意。我认为有理由按值传递共享指针，而几乎没有理由按引用传递共享指针（这一切都不需要提倡不必要的复制）。在这里推理https://dev59.com/PGgv5IYBdhLWcg3wI9Wg#10826907 - R. Martinho Fernandes

Answer 1

如果您忘记在派生类上指定public继承，也会发生这种情况，例如像我一样写成：

class Derived : Base
{
};

改为：

class Derived : public Base
{
};

- dshepherd

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class 用于模板参数；struct 用于定义类。（这最多只是个玩笑。） - Davis Herring

这肯定应该被视为解决方案，不需要进行强制类型转换，只需添加 public 即可。 - Alexis Paques

救了我！非常感谢。我想知道为什么强制转换只适用于公共继承，您能否详细说明一下？ - Pavel Nasevich

Answer 2

尽管 Base 和 Derived 是协变的，对它们的裸指针将相应地起作用，但 shared_ptr<Base> 和 shared_ptr<Derived> 不是协变的。使用 dynamic_pointer_cast 是解决这个问题的正确且最简单的方法。

(编辑: 根据下面的评论，static_pointer_cast 更合适，因为你从派生类向基类进行转换，这是安全的，不需要运行时检查。)

然而，如果你的 foo() 函数不希望参与延长对象寿命（或者说不希望参与共享所有权），那么最好接受一个 const Base& 并在传递给 foo() 时取消引用 shared_ptr。

void foo(const Base& base);
[...]
shared_ptr<Derived> spDerived = getDerived();
foo(*spDerived);

另外，由于shared_ptr类型不能协变，返回shared_ptr<T>类型时不适用于跨协变返回类型的隐式转换规则。

- Bret Kuhns

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它们不是协变的，但 shared_ptr<Derived> 可以隐式转换为 shared_ptr<Base>，因此代码应该可以运行而无需进行任何强制转换操作。 - Mike Seymour

shared_ptr<Ty>有一个构造函数，它接受一个shared_ptr<Other>参数，并在Ty*隐式可转换为Other*时进行适当的转换。如果需要转换，static_pointer_cast是适当的转换方式，而不是dynamic_pointer_cast。 - Pete Becker

真的，但不是使用他在问题中提到的引用参数。无论如何，他都需要进行复制。但是，如果他正在使用shared_ptr的引用来避免引用计数，那么首先使用shared_ptr没有什么好的理由。最好使用const Base＆代替。 - Bret Kuhns

@KimHomann 在我回答的例子中，引用计数不会增加。通过引用传递指向的对象（例如 const Foobar＆）不会导致 std::shared_ptr 影响计数。然而，使用 static_pointer_cast（或 dynamic_point_cast）将影响引用计数。后者必须这样做，因为它参与了对象的生命周期。 - Bret Kuhns

@TanveerBadar 不确定。也许这在2012年无法编译？（尤其是使用Visual Studio 2010或2012）。但您绝对是正确的，如果完整的/公开派生/类定义对编译器可见，则OP的代码应该可以编译。 - Bret Kuhns

Answer 3

还要检查包含派生类完整声明的头文件的#include是否在您的源代码文件中。

我遇到了这个问题。 std::shared<derived> 无法转换为 std::shared<base>。 我提前声明了两个类，以便可以持有指向它们的指针，但由于没有#include，编译器无法看到一个类是从另一个类派生而来的。

- Phil Rosenberg

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哇，我没想到这个方法居然解决了我的问题。我一直很小心地只在需要的地方包含头文件，所以有些头文件只在源文件中，像你说的，在头文件中前向声明它们。 - jigglypuff

愚蠢的编译器真是太愚蠢了。这就是我的问题所在。谢谢！ - Tanveer Badar

Answer 4

听起来你可能过于费力了。 shared_ptr 的复制成本很低；这是它的目标之一。通过引用传递它们并没有什么实际作用。如果你不想共享，可以传递原始指针。

话虽如此，我能够想到两种方法来达成这个目标：

foo(shared_ptr<Base>(bar));
foo(static_pointer_cast<Base>(bar));

- Pete Becker

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不，它们不便宜复制，应尽可能通过引用传递。 - Seth Carnegie

赛斯·卡内基问：赫伯特是否对你的代码进行了分析，看看按值传递是否成为瓶颈？ - Pete Becker

@SethCarnegie - 那并没有回答我所问的问题。而且，值得一提的是，我编写了 Microsoft 发布的 shared_ptr 实现。 - Pete Becker

@SethCarnegie - 你把启发式方法搞反了。手动优化通常应该不要进行，除非你能证明它们是必需的。 - Pete Becker

只有在你需要付出努力时，才会被认为是“过早”的优化。我认为，在使用高效的语言习惯而非低效的语言习惯方面，无论在特定情境下是否有所区别，都没有问题。 - Mark Ransom