CppCoreGuidelines C.146 不可避免要在类的继承层级之间切换时，使用 dynamic

03 January 2023

C.146: Use dynamic_cast where class hierarchy navigation is unavoidable

理由

运行时会检查 dynamic_cast

例子

struct B {   // an interface
    virtual void f() {cout << "B::f()\n"; }
    virtual void g() {cout << "B::g()\n"; }
    virtual ~B() {}
};

struct D : B {   // a wider interface
    void f() override {cout << "D::f()\n"; }
    virtual void h() { cout << "D::h()\n"; }
};

void user(B* pb)
{
    if (D* pd = dynamic_cast<D*>(pb)) {
        // ... use D's interface ...
        pd->f();
        pd->h();
    }
    else {
        // ... make do with B's interface ...
        pb->f();
        pb->g();
    }
}

int main()
{
    B b;
    user(&b);
    D d;
    user(&d);
}

B::f()
B::g()
D::f()
D::h()

使用其他的类型转换方法会违反类型安全要求，导致程序访问 Z 的一个变量的时候，实际上访问了 X 的变量。

void user2(B* pb)   // bad
{
    D* pd = static_cast<D*>(pb);
    // I know that pb really points to a D; trust me
    // ... use D's interface ...
}

void user3(B* pb)    // unsafe
{
    if (some_condition) {
        D* pd = static_cast<D*>(pb);
        // I know that pb really points to a D; trust me
        // ... use D's interface ...
    }
    else {
        // ... make do with B's interface ...
    }
}

void f()
{
    B b;
    user(&b);   // OK
    user2(&b);  // bad error
    user3(&b);  // OK *if* the programmer got the some_condition check right
}

注意

像其他的类型转换方法一样，人们也过度使用了dynamic_cast。建议首先考虑是否可以用虚函数实现。建议尽可能的利用类型层级的静态多态方法，没有运行时额外开销，且相对方便。

注意

有些地方使用 typeid 可能比dynamyc_cast更恰当。dynamic_cast为 “是某一类”这种操作，用来发现一个对象的最佳接口；而 typeid是 “给我这个类的确切类型” 这样的操作，用来发现一个对象的实际类型。后者是更简单的操作，速度应该更快。并且也更容易实现。而前者则较难正确实现。

考虑以下情况：

struct B {
    const char* name {"B"};
    // if pb1->id() == pb2->id() *pb1 is the same type as *pb2
    virtual const char* id() const { return name; }
    // ...
};

struct D : B {
    const char* name {"D"};
    const char* id() const override { return name; }
    // ...
};

void use()
{
    B* pb1 = new B;
    B* pb2 = new D;

    cout << pb1->id(); // "B"
    cout << pb2->id(); // "D"

    if (pb1->id() == "D") {         // looks innocent
        D* pd = static_cast<D*>(pb1);
        // ...
    }
    // ...
}

int main()
{
    use();
}

BD

pb2->id() 的返回值实际上不同的实现可能有不同的结果。我们添加这个函数是为了警告自己设计 RTTI 的危险。这段代码可能能按照预期正确执行很多年，但是在新的机器、新的编译器或新的连接器上运行失败。

如果你自己实现 RTTI，请小心！

例外

如果在你的实现中发现dynamic_cast运行非常慢，你可能要用一个变通的方案了。不过任何无法静态的处理的变通方案都会引入显式的类型转换，导致错误。你实际上是构建了自己的一个特殊的dynamic_cast。所以，首先确保你的 dynamic_cast 是不是像你想的那么慢（有很多关于dynamic_cast速度慢传言）；再者你使用dynamic_cast的地方性能是否很关键。

我们也认为目前dynamic_cast的实现有些慢。比如在某些条件下，其实是可以以更快的时间执行的。然而，因为兼容性的考虑，即使大家都认为值得优化一下，也很难修改。

在极少的情况下，如果你发现dynamic_cast的运行开销很明显，你可以通过静态方法确保成功地向下类型转换（比如小心使用 CRTP - Curiously Recurring Template Pattern。从模板类继承一个新类，以继承类作为基类的模板参数）。因为没有使用虚继承，可以策略性的考虑使用static_cast（请提供清晰的注释和声明，确保有人会注意，因为类型系统无法验证正确性）。尽管如此，在我们的经验里，这种“我知道我在做什么”的情况仍然是大部分 bug 的源头。

例外

考虑：

template<typename B>
class Dx : B {
    // ...
};

强化

标注所有使用static_cast进行向下类型转换的情况，包括 C 风格的静态转换。
此规则是类型安全的注意事项。

programming 164

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CppCoreGuidelines C.146 不可避免要在类的继承层级之间切换时，使用 dynamic_cast