C++中的虚函数没有在子类中被调用

Question

考虑这个简单的情况：

A.h

class A {
public:
    virtual void a() = 0;
};

---

B.h

#include <iostream>

class B {
public:
    virtual void b() {std::cout << "b()." << std::endl;};
};

---

C.h

#include "A.h"
#include "B.h"

class C : public B, public A {
public:
    void a() {std::cout << "a() in C." << std::endl;};
};

int main() {
    B* b = new C();
    ((A*) b)->a();    // Output: b().

    A* a = new C();
    a->a();           // Output:: a() in C.

   return 0;
}

换句话说：
- A 是一个纯虚类。
- B 是一个没有超类和一个非纯虚函数的类。
- C 是 A 和 B 的子类，并覆盖了 A 的纯虚函数。

令我惊讶的是第一个输出，即：

((A*) b)->a();    // Output: b().

尽管在代码中调用了a()，但最终执行的是b()。我的猜测是因为变量b是指向B类的指针，该类并不是A类的子类。但运行时类型仍然是指向C实例的指针。

从Java的角度来看，这种奇怪的行为背后的确切C++规则是什么？

- Marc

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简单来说：B不是A！它们完全没有关系，但你（不好使用！）C风格的转换无论如何都不会在意。dynamic_cast将正确地遍历您的层次结构。当您转换不相关的指针类型时，您会得到未定义的行为。这意味着任何事情都可能发生，从看起来工作正常到炸毁您的计算机。 - GManNickG

不要忘记鼻妖。 - Anon.

Answer 1

你正在使用C样式转换将b无条件地转换为A*类型。编译器不会阻止你这么做；你说它是一个A*，那么它就是一个A*。因此，它将指向的内存视为A实例。由于a()是在A的虚表中列出的第一个方法，而b()是在B的虚表中列出的第一个方法，当你在一个实际上是B的对象上调用a()时，你会得到b()。

你很幸运，因为对象的布局相似。但不能保证一定如此。

首先，你不应该使用C样式转换。你应该使用C++转换运算符，这些运算符更加安全（但你仍然可能踩到坑里，所以请仔细阅读文档）。

其次，除非你使用dynamic_cast<>，否则你不应该依赖这种行为。

- i_am_jorf

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如果使用dynamic_cast，您可以完全依赖于交叉转换。它百分之百保证可行，否则退款。 - coppro

如果你使用dynamic_cast，是的。我试图强调不要依赖于C风格转换可以正常工作。我更新了我的最后一句话，以使其更清楚。 - i_am_jorf

Answer 2

在跨越多重继承树进行类型转换时，不要使用 C 风格的强制类型转换。如果使用 dynamic_cast，则会得到预期的结果：

B* b = new C();
dynamic_cast<A*>(b)->a();

- sth

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@tehMick，这将是未定义的行为。 - Trent

它进行运行时类型检查。并且它看到b是C的一个实例，而C继承自A。 - Anon.

@jeffamaphone：没错，一旦尝试在空对象上调用a()，就会导致运行时错误。 - Eric Mickelsen

请注意，dynamic_cast<>仅在启用运行时类型信息（/GR在Windows编译器上）的情况下才有效。 - i_am_jorf

@tehMick，dynamic_cast 知道对象类型是 C。由于 C 派生自 A，因此它能够进行转换，而无需运行时类型检查找到任何可抱怨的内容。 - Mark Ransom

Answer 3

您正在使用B*开始并将其转换为A*。由于这两者不相关，所以您正在涉及未定义行为的领域。

- Mark Ransom

Answer 4

A和B之间没有继承关系，这意味着指向B的指针不能通过向上或向下转换变为指向A的指针。

由于A和B是C的两个不同的基类，所以你正在尝试进行一次交叉转换。在C++语言中，唯一能执行交叉转换的转换是dynamic_cast。如果您确实需要它（需要吗？），则必须在此情况下使用它。

B* b = new C(); 
A* a = dynamic_cast<A*>(b);
assert(a != NULL);
a->a();    

- AnT stands with Russia

Answer 5

((A*) b) 是一种显式的C风格转换，无论指向的类型是什么都是允许的。但是，如果您尝试取消引用此指针，则将出现运行时错误或不可预测的行为。这是后者的一个实例。您观察到的输出绝不安全或保证。

- Eric Mickelsen

Answer 6

以下行是一个reinterpret_cast，它指向相同的内存，但“假装”它是不同类型的对象：

((A*) b)->a();

你真正想要的是 dynamic_cast，它可以检查 b 真正的对象类型并调整指向内存中的位置。

dynamic_cast<A*>(b)->a()

正如jeffamaphone所提到的，这两个类的相似布局导致了调用错误的函数。

- Darryl

Answer 7

在C++中，几乎从来没有一种情况需要或者正当使用C-style cast（或其C++等价的reinterpret_cast<>）。每当你发现自己想要使用其中之一时，应该怀疑你的代码和/或设计。

- anon

Answer 8

我认为你在从B*转换为A*时存在一个微妙的错误，并且行为是未定义的。避免使用C风格的转换，而是优先使用C++转换 - 在这种情况下使用dynamic_cast。由于编译器对数据类型和虚函数表条目的存储方式，你最终找到了不同函数的地址。

- P-Nuts