什么时候可以安全地使用 static_cast 在 C++ 中进行向下转型？

Question

我需要知道在什么条件下可以使用 static_cast 以便将父类指针转换为子类指针而不会导致未定义的行为。 通常建议使用dynamic_cast进行安全向下转型，但是如果最初指向父类对象的指针从不使用子类的任何成员怎么办？在这种情况下使用 static_cast 安全吗？

如果是，那么以下示例代码不应导致任何未定义的行为。

示例：

struct Parent {
    int i = 3;
    void print() { std::cout << i << std::endl; }
};
struct Child : Parent {
    double d = 5;
    void change() { i *= 2; }
};

int main() {
    Parent* pParent = new Parent;
    Child* pChild = static_cast<Child*>(pParent);
    pChild->print(); //should be ok
    //std::cout << pChild->d << std::endl; //undefined behavior
    //pChild->change(); //does this lead to an undefined behavior?
}

额外问题： 如果子类中的成员函数仅使用父类中的成员，那么使用该函数是否安全？在上面的例子中，这意味着使用

pChild->change();

目标： 我的目标是避免dynamic_cast以保证性能安全。只要我知道如何避免未定义的行为，我肯定愿意冒着使用 static_cast 的风险。 已经有关于使用 static_cast 向下转型的现有线程，但没有一个真正回答在哪些条件下可以避免未定义的行为。

Answer 1

但是如果最初指向父类对象的指针从未使用子类的任何成员怎么办？在这种情况下使用 static_cast 安全吗？

不，该行为仍未定义。

如果是，那么以下示例代码不应导致任何未定义的行为。

该示例具有未定义的行为，因为

pParent

指向

Parent

类型的对象，该对象不是某个

Child

对象的基类子对象，根据标准，这会导致

static_cast<Child*>(pParent)

具有未定义的行为。

额外问题：如果子类中的成员函数仅使用父类中的成员，那么使用该函数是否安全？

不，转换本身，即使根本不使用结果，也具有未定义的行为。

目标：我的目标是避免dynamic_cast以保证性能安全。

您可以在

static_cast

不会返回空指针的情况下安全地使用

dynamic_cast

。在其他情况下，static_cast 将具有未定义的行为。这正是

为什么

static_cast 更快。如果在创建

Child

对象时未将

Parent

对象创建为基类子对象，则无法获取指向

Child

的指针。语言根本不允许这样做。要以任何方式操作

Child*

，您需要先创建一个

Child

对象。通常最好使用合适的

virtual

函数接口而不是

dynamic_cast

。这不仅性能更高，而且不会像

dynamic_cast

那样违反 OOP 原则。