Wann ist statisches Casting für Downcasting in C sicher und wann führt es zu undefiniertem Verhalten?

Downcasting mit Static Cast in C

In der objektorientierten Programmierung ist Downcasting eine Technik, die verwendet wird, um einen Zeiger auf eine Basisklasse in umzuwandeln ein Zeiger auf eine abgeleitete Klasse. In C kann dies mit dem static_cast-Operator erfolgen.

Betrachten Sie den folgenden Code:

class Base {
  public:
    Base() {}
    virtual void func() {}
};

class Derived : public Base {
  public:
    Derived() {}
    void func() {}
    void func_d() {}
    int a;
};

int main() {
  Base *b = new Base();
  std::cout 
(b);  // Downcast the base pointer to a derived pointer
  std::cout func_d();  // Calls the derived class function
}

In diesem Code zeigt ein Basisklassenzeiger zunächst auf ein Basisobjekt. Mit static_cast wandeln wir den Basiszeiger auf einen abgeleiteten Klassenzeiger um. Der sizeof-Operator zeigt, dass der abgeleitete Zeiger nun auf ein Objekt mit größerer Größe (8 Bytes) zeigt, das die Mitglieder der Derived-Klasse enthält.

Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass das hier durchgeführte Downcasting ungültig ist. Static_cast erlaubt die Konvertierung nur, wenn das Objekt, auf das der Basiszeiger zeigt, tatsächlich eine Instanz der abgeleiteten Klasse ist. In diesem Fall ist das Basisobjekt kein abgeleitetes Objekt, wodurch das Downcast-Verhalten undefiniert wird.

Gemäß dem C-Standard folgt das Downcasting mit static_cast diesen Regeln:

1. Die Basisklasse Der Zeiger muss auf ein Objekt zeigen, das von der Zielklasse abgeleitet ist.
2. Die Zielklasse darf keine virtuelle Basisklasse der Basis sein Klasse.
3. Der resultierende Zeiger zeigt auf das Unterobjekt der Basisklasse innerhalb des abgeleiteten Objekts.

Wenn diese Bedingungen nicht erfüllt sind, führt die Umwandlung zu undefiniertem Verhalten. Daher ist es wichtig, das Downcasting sorgfältig durchzuführen und die Gültigkeit der Konvertierung sicherzustellen.

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