C++多重繼承下的指針類型轉換

在C++中，指針的類型轉換是經常發生的事情，比如將派生類指針轉換為基類指針，將基類指針轉換為派生類指針。指針的本質其實就是一個整數，用以記錄進程虛擬內存空間中的地址編號，而指針的類型決定了編譯器對其指向的內存空間的解釋方式。

基於上面的理解，我們似乎可以得出一個結論，C++中對指針進行類型轉換，不會改變指針的值，只會改變指針的類型（即改變編譯器對該指針指向內存的解釋方式），但是這個結論在C++多重繼承下是 不成立的。

看下面一段代碼：

#include <iostream>
using namespace std;

class CBaseA
{
public:
    char m_A[32];
};

class CBaseB
{
public:
    char m_B[64];
};

class CDerive : public CBaseA, public CBaseB
{
public:
    char m_D[128];
};


int main()
{
    auto pD = new CDerive;
    auto pA = (CBaseA *)pD;
    auto pB = (CBaseB *)pD;

    cout << pA << '\n' << pB << '\n' << pD << endl;
    cout << (pD == pB) << endl;
}

這段代碼的輸出是：

0x9f1080
0x9f10a0
0x9f1080
1

可以看出，指向同一個堆上new出來的內存指針，在經過類型轉換之后，其值會發生改變。究其原因，要從C++中多重繼承的內存布局說起。

new CDerive;執行之后，生成的內存布局如下：

 

同時我們注意到，pB與pD的指針差值正好是CBaseA占用的內存大小32字節，而pA與pD都指向了同一段地址。這是因為，將一個派生類的指針轉換成某一個基類指針，編譯器會將指針的值偏移到該基類在對象內存中的起始位置。

可是為什么C++要這樣設計呢？

試想，沿用上面的場景，如果pB和pA都指向對象的首地址，那么使用pB指針來定位CBaseB的成員變量m_B時，編譯器應該將pB指針偏移32個字節，從而跳過CBaseA的內存部分。而pB指針如果是這樣產生的auto pB = new CBaseB；，那么使用pB指針來定位CBaseB的成員變量m_B時，偏移量應該為0。

關鍵在於對於一個指針而言，編譯器不關心也無法知道該指針的來源（一種極端情況，指針是從其他模塊傳遞過來的），而只是把它視為一個有指針類型的整數。所以對於CBaseB類型的指針，取CBaseB的成員變量m_B時，偏移量應該通通為0，這是通過CBaseB的類聲明就可以統一決策的事情。

說到這里，pD和pB的指針地址為什么不一樣大家應該清楚了，可是為什么下面的代碼輸出是1呢？

cout << (pD == pB) << endl;

輸出1表示pD和pB是相等的，而剛剛我們才說明了，pD和pB的地址是相差了32個字節的。

其實這也是編譯器為大家屏蔽了這種指針的差異，當編譯器發現一個指向派生類的指針和指向其某個基類的指針進行==運算時，會自動將指針做隱式類型提升已屏蔽多重繼承帶來的指針差異。因為兩個指針做比較，目的通常是判斷兩個指針是否指向了同一個內存對象實例，在上面的場景中，pD和pB雖然指針值不等，但是他們確確實實都指向了同一個內存對象（即new CDerive;產生的內存對象 ），所以編譯器又在此處插了一腳，讓我們可以安享==運算的上層語義。