在 C++ 可变参数模板继承中避免 vtable 混淆

Question

我有一个想法，可以通过可变参数模板继承以更好的方式构建 class 实体组件。这个问题源于 3d 图形背景下的时髦实验，但我相信我已经将它分解为一个关于 C++ 的非常抽象的问题。我能够在 Microsoft cl aka 当前实现的范围内使用 C++20。 MSVC++19-工具链。

所以。几个 Base classes:

class basic {
public:
  std::wstring get_name() { return name; }
  virtual void do_something_idk_virtual() = 0;
  virtual ~basic() {}
private:
  std::wstring name;
}
class has_legs {
public:
  virtual void walk() = 0;
  virtual ~has_legs() {}
}
class has_wings {
public:
  virtual void fly() = 0;
  virtual ~has_wings() {}
}
template<typename... Ts>
class entity : public basic, public Ts... {
public:
  virtual ~entity() {}
}

到目前为止，还不错。现在我想做一只鸭子：

class duck : entity<has_wings, has_legs> {
public:
  virtual ~duck() {}
  virtual void walk() { cout << "walk" << endl; }
  virtual void fly() { cout << "fly" << endl; }
  virtual void do_something_idk_virtual() { } // nothing,
}

仍然，似乎有效。问题是：我知道有数据结构（比如 linked_list，或某种图形），我使用访问者模式来处理 basic* 类型的东西。我现在有很多看起来像这样的代码。毫不夸张地说，这是我的程序的核心和关键部分：

void visit(basic* node) {
  //here i find out, through magic or some other kind of out-of-scope-mechanism that node is at least a has_wings. Problem:

  reinterpret_cast<has_wings*>(node)->fly(); //does not work, will call basic::do_something_idk_virtual(). As far as i understand, this is because the compiler-generated vtable does not change via the reinterpret_cast.
  reinterpret_cast<entity<has_wings>*>(node)->fly(); //might, work, problems start to come in if node is of some type that has_wings and has_legs. It sometimes calls some other method, depending on the ordering in declaring the class.
}

解决方案

让每个组件（也就是纯接口）和 entity-class 实际上继承自 basic
在basic中添加非虚方法：

template<typename TComponent> TComponent* get_component() { 
return dynamic_cast<TComponent*>(this); 
}

这将修复 vtables。我不确定为什么 dynamic_cast 会那样做。

Answer 1

首先，你的模板没有给你任何东西。 class duck : public basic, public has_wings, public has_legs完全相同。

其次，您需要确定您的多态访问级别。如果你的级别是 basic，那么它必须已经定义了你想要访问的所有虚拟（即 has_wings、fly）你需要 dynamic_casts 的接口到达正确的动态类型（你的 reinterpret_cast 的例子是错误的，你不能使用 reinterpret_cast 在 class 层次结构中移动）是一个写得不好的接口。

有时可以使用访问者模式，但在我看来，它往往会产生极难排除故障的代码。

Answer 2

您必须使用 static_cast 或 dynamic_cast 在继承层次结构中移动，并且 static_cast 不能下降虚拟继承或交叉转换（在一个步骤中），因为从源类型和目标类型派生的不同类的布局可能不同。实际上，您必须知道 actual 类型（不仅仅是它具有给定的方面）才能进行转换。如果你有你的“方面” 类 从 basic 继承——实际上，所以有一个独特的 basic*——你可以使用 dynamic_cast 不是为了它的检查目的，而是为了为相关方面找到合适的 vtable。

如果您负担不起，您可能希望以某种方式合并接口。然后你必须小心，只有当它们有意义时才调用函数；已经是这种情况（“通过魔法”），但是普通的调用语法可能是一个有吸引力的麻烦。您也可以尝试一些 C 风格的多态性，使用手动创建的 vtable，每个可选行为具有 函数指针 。

在 C++ 可变参数模板继承中避免 vtable 混淆

avoid vtable mixup in c++ variadic template inheritance

c++

polymorphism

variadic-templates

c++20

解决方案