“菱形继承”在gcc下无法从派生类cast到基类的问题。

2013-05-09 11:57:07 423 阅读 AI 写同款 · GEO 优化AI 选题数据监测一键分发 ›

深入解析C++菱形继承内存布局：虚函数表与虚基类指针的底层实现在C++面向对象编程中，虚函数是实现多态的核心机制，它通过虚函数表（vtable）和虚函数表指针（vptr）实现动态绑定。虚函数表本质上是一个函数指针数组，每个包含虚函数的类都拥有自己的虚函数表，而对象则通过内部的vptr指向该表以实现运行时多态。当涉及多继承时，特别是菱形继承结构，内存布局变得复杂，编译器需要解决数据冗余和成员访问二义性两大核心问题。为此，C++引入了虚继承机制，它通过虚基类指针或虚函数表中嵌入偏移量信息，确保在最终派生类中虚基类子对象只有一份副本。理解这一底层原理对于编写高效、健壮的C+ 阅读详情

gcc4.7.3
下面的代码error处编译不过，想请问怎么能绕过这个检查，使得可以直接从Foo指针转换为A指针？



class A

{};

class B : public A

{};

class C : public A

{};



class Foo

 : public A

 , public B

 , public C

{};







int main()

{

    Foo* f = new Foo();

    B *ptrb = (B*)(Foo*)f;

    C *ptrc = (C*)(Foo*)f;

    A *ptr = (A*)(Foo*)f;     // error



    cout << "Hello world!" << endl;

    return 0;

}

VC下正常通过，不会导致编译错误。

传统的菱形继承导致的问题是这样的，这个我会绕，也很能理解，确实从Foo到A，不知道到底是B的A还是C的A。



class A

{};

class B : public A

{};

class C : public A

{};



class Foo

 : public B

 , public C

{};







int main()

{

    Foo* f = new Foo();

    A *ptr = (A*)(B*)(Foo*)f;

    cout << "Hello world!" << endl;

    return 0;

}

不过在最上面的例子中，我已经是写明了Foo是更优先从A派生的，这时如果我需要A的指针，是希望编译器能够放我一马的。

请不要问为什么不用virtual继承什么的，那样跑题了，我现在是要在gcc下编译某个第三方库，没法修改第三方库的头文件，而且这里必须要获取到A在Foo中的偏移……所以，总之，请不要问我为什么要这么做，我只想知道gcc这里能不能用什么办法给绕过去……

多谢！！

...全文

C++虚拟继承底层机制：内存布局、虚基类表与菱形继承解决方案面向对象编程中的继承机制是实现代码复用和多态性的核心概念，它通过建立类之间的层次关系来共享属性和行为。在C++中，继承的内存布局直接影响程序性能和对象模型，特别是当涉及多重继承时，编译器需要处理基类子对象的排列和虚函数表指针的维护。虚拟继承作为解决菱形继承数据冗余问题的关键技术，通过引入虚基类指针和虚基类表，在运行时动态定位共享基类，确保了内存中基类子对象的唯一性。这一机制虽然带来了一定的空间和时间开销，但在设计复杂类层次结构时，能有效避免二义性和数据重复，尤其适用于需要精确控制对象内存布局的高性能计算和系阅读详情

天堂里的死神

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youyou1912 2013-05-11

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引用 16 楼 noslopforever 的回复:

[quote=引用 13 楼 adlay 的回复:] 如果 A B C 是 COM 接口, 并且 B 和 C 从 A 继承了的话, 你的实现不必去直接继承 A 呀, 你的类只要能转换成 A 就行了, 而继承了 B 和 C 后已经满足这个要求了.

我怀疑对方的思路可能是为了让接口的派生看起来更清晰、更明确？向下面这样： interface IReflectedObject : public IUnknown {}; interface IDataBindingObject : public IReflectedObject {}; interface IEventBindingObject : public IReflectedObject {}; interface IEventDispatcher : public IEventBindingObject, public IDispatcher {}; class CommonObject : public IEventDispatcher, public IDataBindingObject, public IReflectedObject { };[/quote] 同意楼上啊, 既然是COM, 用VC编译就是了..

天堂里的死神 2013-05-10

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多谢诸位大大。实际上这里Foo那里写的有点小问题，事实上是A并非Foo的第一继承…… 所以 (A*)(void*)和reintepret_cast都无法达到目的。此外，真正的代码继承关系更复杂一些，所以我就只是拿出来出问题的地方来弄了，A、B、C其实是几个COM interface，而且还不是我维护的地方，我无权修改这些Interface的声明…… 所以就比较杯具。

youyou1912 2013-05-10

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输出

22ac2d:0
22ac2e:1
22ac2f:2
22ac2d
Hello world!

天堂里的死神 2013-05-10

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额，这样正好A是第一继承所以应该可以解决，但是要是A不是第一继承呢？比如： class Foo : public B , public C , public A {};

引用 1 楼 chhxxc 的回复:

最牛逼的强转 reinterpret_cast

youyou1912 2013-05-10

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测试了一下, VS2012, g++ 4.5 都把第一个A和F对齐. 因此可以直接reinterpret_cast. 当然仍然不够非常安全.


#include <iostream>
using namespace std;

class A
{
public:
	A(int x = 0){ cout << hex << int(this) << ":" << x << endl; }
};
class B : public A
{
public:
	B():A(1){}
};
class C : public A
{
public:
	C():A(2){}
};

class Foo
	: public A
	, public B
	, public C
{
};



int main()
{
	Foo f;
	cout << hex << (int)(&f) << endl;
	A* pp = reinterpret_cast<A*>(&f);
	cout << "Hello world!" << endl;
	return 0;
}

奇乐二二二 2013-05-10

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最牛逼的强转 reinterpret_cast

www_adintr_com 2013-05-10

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如果代码里面这样用, 首先是检查你的设计是不是有问题. 如果是考验语言和编译器, 当我没说.

www_adintr_com 2013-05-10

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既然是 com ，还是用 vc 去编译吧。不是所有的代码都符合标准，跨平台，支持各种编译器的。你要不修改代码就绕过去，就只有看gcc的编译选项了，估计你得修改 gcc 编译器才行。虽然gcc是开源的，也不是那么容易。

derekrose 2013-05-10

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3L有点吊！

always_learn 2013-05-10

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A *ptr = (A*)(Foo*)f; // error ==> A *ptr = (A*)(void*)f;

飞天御剑流 2013-05-10

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3楼的解法是比较妙的，同事提醒一下楼主，FOO中存在3个A类子对象，你获得的只是其中一个A类子对象的地址。

天堂里的死神 2013-05-10

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恩，多谢，最好是能不改，改的话会比较麻烦。看来这个问题确实没什么太好的办法…… 您说的这个，最后实在不行就按您说的这个来……

天堂里的死神 2013-05-10

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引用 13 楼 adlay 的回复:

如果 A B C 是 COM 接口, 并且 B 和 C 从 A 继承了的话, 你的实现不必去直接继承 A 呀, 你的类只要能转换成 A 就行了, 而继承了 B 和 C 后已经满足这个要求了.

天堂里的死神 2013-05-10

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引用 12 楼 jiandingzhe 的回复:

你需要用虚继承，以表明B和C的其中一个不持有A基类。具体你查书吧，我没用过这个特性。

主要是因为ABC都是COM接口，是绝对不能用虚继承的……

天堂里的死神 2013-05-10

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引用 13 楼 adlay 的回复:

如果 A B C 是 COM 接口, 并且 B 和 C 从 A 继承了的话, 你的实现不必去直接继承 A 呀, 你的类只要能转换成 A 就行了, 而继承了 B 和 C 后已经满足这个要求了.

关键就是那部分是来自其他模块的，我改不了，否则就不纠结了……

www_adintr_com 2013-05-10

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引用 11 楼 noslopforever 的回复:

多谢诸位大大。实际上这里Foo那里写的有点小问题，事实上是A并非Foo的第一继承…… 所以 (A*)(void*)和reintepret_cast都无法达到目的。此外，真正的代码继承关系更复杂一些，所以我就只是拿出来出问题的地方来弄了，A、B、C其实是几个COM interface，而且还不是我维护的地方，我无权修改这些Interface的声明…… 所以就比较杯具。

如果 A B C 是 COM 接口, 并且 B 和 C 从 A 继承了的话, 你的实现不必去直接继承 A 呀, 你的类只要能转换成 A 就行了, 而继承了 B 和 C 后已经满足这个要求了.

jiandingzhe 2013-05-10

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你需要用虚继承，以表明B和C的其中一个不持有A基类。具体你查书吧，我没用过这个特性。

ri_aje 2013-05-10

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如果你能够控制 Foo 的实现，可以试一下下面的。


#include <iostream>
using namespace std;

class A {};
class B : public A {};
class C : public A {};
struct A_proxy_t : A { };

class Foo
: public A_proxy_t
, public B
, public C
{};

int main ()
{
 A *ptr = (A_proxy_t*)new Foo;
}

A_proxy_t 唯一的作用就是辨别继承路径，并且应该保持空实现。

“菱形继承”在gcc下无法从派生类cast到基类的问题。

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