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C++将派生类指针赋值给基类指针时到底发生了什么？

东方旅 已关注
10月09日 发表在 c++编程语言 阅读 188 评论 20 | 免费使用 “AI大模型GPT4.0” 提问

在C++中，将派生类指针赋值给基类指针时，发生了向上转型（Upcasting）。

向上转型是一种隐式的类型转换，它允许将派生类的指针赋值给基类的指针。这是由于派生类继承了基类的成员和方法，因此可以将派生类对象当作基类对象来使用。

在赋值时，派生类对象的地址被存储在基类指针中，但只有派生类对象中与基类相同的部分可以通过该指针进行访问。换句话说，基类指针只能访问到派生类对象中的基类部分，而不能访问到派生类特有的成员和方法。

这种赋值的主要作用是实现多态性。通过将派生类指针赋值给基类指针，可以在使用基类指针的地方接受派生类对象，以实现统一的接口和代码重用。

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20条评论
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心动
10月18日

这个解释很到位，向上转型在多态性实现中非常关键。可以考虑结合虚函数进一步讲解。

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素子花开： @心动

讨论向上转型实现多态性是非常有意义的，尤其是在结合虚函数的情况下。通过给基类指针赋值派生类对象，我们能够在运行时根据对象的真实类型调用相应的方法，最终实现多态。

例如，考虑一个简单的形状类层次：

class Shape {
public:
    virtual void draw() {
        std::cout << "Drawing a shape" << std::endl;
    }
};

class Circle : public Shape {
public:
    void draw() override {
        std::cout << "Drawing a circle" << std::endl;
    }
};

class Square : public Shape {
public:
    void draw() override {
        std::cout << "Drawing a square" << std::endl;
    }
};

void renderShape(Shape* shape) {
    shape->draw();
}

int main() {
    Circle circle;
    Square square;

    Shape* shape1 = &circle;  // 向上转型
    Shape* shape2 = &square;  // 向上转型

    renderShape(shape1);  // 会调用Circle的draw
    renderShape(shape2);  // 会调用Square的draw

    return 0;
}

在这个例子中，renderShape 函数接受一个基类指针，并通过虚函数实现了多态性。即使传入的是派生类对象，调用的依然是派生类中的 draw 方法。这是向上转型的一个典型应用，能使代码更加灵活和可扩展。

可以参考更深入的多态性和虚函数实现的内容，例如 C++ Virtual Functions。这样可以加深对这方面的理解。

11月11日 回复 举报
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逝去的爱
10月29日

向上转型后无法访问派生类特有的方法，这是新手常犯的错误之一。

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似有： @逝去的爱

在进行向上转型时确实会失去对派生类特有方法的访问，这是许多程序员在学习C++时遇到的一个常见问题。为了能够调用派生类的方法，可以考虑使用向下转型（downcasting），不过需要特别小心以避免运行时错误。

例如，假设有一个基类 Base 和一个派生类 Derived：

class Base {
public:
    virtual void show() {
        std::cout << "Base class" << std::endl;
    }
};

class Derived : public Base {
public:
    void show() override {
        std::cout << "Derived class" << std::endl;
    }

    void derivedMethod() {
        std::cout << "Derived method" << std::endl;
    }
};

我们可以通过如下方式进行向上转型：

Base* b = new Derived();
b->show();  // 输出 "Derived class"
// b->derivedMethod();  // 无法访问，编译错误

如果需要使用 Derived 类的方法，可以安全地进行向下转型：

Derived* d = dynamic_cast<Derived*>(b);
if (d) {
    d->derivedMethod();  // 输出 "Derived method"
}

在使用 dynamic_cast 之前，确保基类中有对应的虚函数声明，以便在运行时能够正确处理类型信息。这样的方式可以确保我们在进行向下转型时不会出现意外的错误。

更多关于 C++ 的类型转换的细节，可以参考这篇文章：C++ Type Casting

11月09日 回复 举报
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语蝶
11月03日

建议加入代码示例更直观，比如：

class Base {};
class Derived : public Base {};
Base* basePtr = new Derived();
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白鲨： @语蝶

对于将派生类指针赋值给基类指针的现象，确实是C++中多态性的重要体现。使用如下代码，可以更好地说明这一点：

#include <iostream>

class Base {
public:
    virtual void show() { std::cout << "Base class" << std::endl; }
};

class Derived : public Base {
public:
    void show() override { std::cout << "Derived class" << std::endl; }
};

int main() {
    Base* basePtr = new Derived();
    basePtr->show(); // 调用的是Derived类的show()
    delete basePtr;
    return 0;
}

在这个例子中，虽然 basePtr 是指向基类 Base 的指针，但因为指向的是 Derived 类型的对象，所以当调用 show() 方法时，会执行 Derived 类中的版本。这正是虚函数和动态绑定的作用。建议进一步了解C++的虚函数机制，以加深对多态的理解。

可以参考 C++多态性 来深入学习相关知识。

11月13日 回复 举报
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末代恋人
11月11日

这篇文章很好的解释了向上转型的基本概念，这对C++中的多态性尤为重要。

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沧澜： @末代恋人

在C++中，向上转型确实对多态性至关重要。通过基类指针指向派生类对象，可以实现动态多态，这是面向对象编程的一个强大特性。例如，考虑以下代码示例：

#include <iostream>

class Base {
public:
    virtual void show() {
        std::cout << "Base Class" << std::endl;
    }
};

class Derived : public Base {
public:
    void show() override {
        std::cout << "Derived Class" << std::endl;
    }
};

void display(Base* b) {
    b->show();
}

int main() {
    Derived d;
    Base* b = &d; // 向上转型
    display(b);   // 调用Derived的show()
    return 0;
}

在这个例子中，虽然b是一个指向Base的指针，但它实际上指向一个Derived对象。当调用display函数时，运行时决定调用的show方法是Derived类中的版本，这展示了多态性如何在实际应用中呈现。

值得注意的是，确保基类的方法为虚函数是实现多态性的关键。如果你想深入了解更多关于C++多态性和虚函数的内容，建议参考 C++ Reference。这样可以更好地理解向上转型在复杂应用中的实现和效果。

11月14日 回复 举报
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微笑沉睡
11月21日

文中提到类的继承结构示例略显抽象，可以在 C++ Reference 上找一些相关内容作为参考。

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花颜： @微笑沉睡

在讨论 C++ 中基类指针和派生类指针的赋值时，确实可以进一步借助具体的实例来加深理解。将派生类对象赋值给基类指针的过程，实际上涉及到多态和类型安全的问题。

例如，考虑以下简单的类结构：

class Base {
public:
    virtual void show() {
        std::cout << "Base class" << std::endl;
    }
};

class Derived : public Base {
public:
    void show() override {
        std::cout << "Derived class" << std::endl;
    }
};

void display(Base* b) {
    b->show();
}

int main() {
    Derived d;
    Base* b = &d; // 将派生类指针赋值给基类指针
    display(b);   // 输出：Derived class
    return 0;
}

如上例所示，基类指针 b 实际上指向一个派生类对象。在调用 display 函数时，虽然 b 的类型是 Base*，但由于 show 函数被声明为虚函数，程序能够正确地调用 Derived 类的版本。这种机制就是 C++ 的多态性，从而在运行时动态决定调用哪个类的成员函数。

关于更多深入的继承和多态特性的探讨，可以参考官方文档 C++ Reference。这样的实例更加具体，并能帮助更好理解 C++ 中对象的行为和多态性。

11月12日 回复 举报
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雨婷雨婷
12月01日

向上转型使代码更灵活，但要记住不能直接访问派生类特有成员。

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韦钰珊： @雨婷雨婷

在讨论向上转型时，确实需要关注其灵活性和局限性。通过将派生类指针赋值给基类指针，可以实现更通用的代码结构，但访问派生类特有的方法和数据确实受到限制。示例代码能帮助更好理解：

class Base {
public:
    virtual void show() {
        std::cout << "Base class\n";
    }
};

class Derived : public Base {
public:
    void show() override {
        std::cout << "Derived class\n";
    }
    void uniqueFunction() {
        std::cout << "Unique to Derived\n";
    }
};

void demonstrate(Base* b) {
    b->show();
    // b->uniqueFunction(); // 不能直接调用
}

int main() {
    Derived d;
    demonstrate(&d); // 向上转型
    return 0;
}

在这个例子中，通过基类指针调用 show() 方法是可行的，但无法访问 uniqueFunction()。这种隐含的限制确实值得注意。为了克服这个问题，可以使用 dynamic_cast 进行向下转型，但这也伴随着性能开销和潜在的风险。

文献中提到的 std::variant 或者类型擦除的方式也可以考虑，以此来保持灵活性的同时实现多态性。更多关于C++多态的讨论，可以参考 C++ Polymorphism。

11月09日 回复 举报
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文琴
12月07日

文中的描述很好。要记住，为了实现多态，基类通常需要有虚函数。这是C++多态的精髓。

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一意孤行： @文琴

在谈论C++中的多态性时，确实要充分理解虚函数的作用。通过将派生类对象指针赋值给基类指针，我们能够实现运行时多态，从而根据实际对象的类型来选择合适的行为。这不仅提高了代码的灵活性，也使得代码的扩展性得到大幅提升。

这里有一个简单的示例来说明这一点：

#include <iostream>
using namespace std;

class Base {
public:
    virtual void show() {
        cout << "Base class show function called." << endl;
    }
};

class Derived : public Base {
public:
    void show() override {
        cout << "Derived class show function called." << endl;
    }
};

int main() {
    Base* b;           // 基类指针
    Derived d;        // 派生类对象
    b = &d;           // 将派生类指针赋值给基类指针

    b->show();        // 调用派生类的show方法
    return 0;
}

在上面的代码中，由于show是一个虚函数，当使用基类指针b调用show时，将会根据对象的实际类型（在此例中是Derived类）来选择相应的方法，这就是多态的魅力所在。

有关更多关于C++多态性的详细解释和示例，建议参考这个链接：C++ Polymorphism Basics。希望对理解和应用多态有所帮助！

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梦里花
12月15日

多态的本质是通过基类指针可以指向任意派生类对象，建议看看策略模式的实现。

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冷颜： @梦里花

对于基类指针指向派生类对象的讨论，很重要的一点是理解虚函数的作用。通过引入虚函数，可以实现真正的多态行为。简单的例子可以帮助理解这一点：

#include <iostream>
using namespace std;

class Base {
public:
    virtual void show() {
        cout << "Base class" << endl;
    }
};

class Derived : public Base {
public:
    void show() override {
        cout << "Derived class" << endl;
    }
};

void display(Base* b) {
    b->show();
}

int main() {
    Base* b = new Derived();
    display(b);
    delete b;
    return 0;
}

在这个例子中，即使display函数接收的是一个Base类的指针，但由于Derived类重写了show函数，并且show是一个虚函数，所以在运行时会调用Derived类的版本。这展示了多态的强大，使得基类指针能够灵活地指向不同的派生类对象。

看似简单的机制背后有着深刻的设计理念，也能够在开发中通过策略模式等设计模式中得以应用。更进一步的内容可以参考《C++ Primer》或相关的设计模式书籍，来深入理解如何有效运用这些特性。

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韦玉飞
12月19日

正是由于向上转型，多态和设计模式成为可能，帮着我更好地理解策略和工厂模式。

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天马行空： @韦玉飞

对于向上转型的讨论，确实揭示了多态的强大之处。在 C++ 中，通过将派生类指针赋值给基类指针，可以实现不同对象的相同行为，这为设计模式提供了极大的灵活性。

例如，在策略模式中，可以通过基类指针来调用不同的算法实现，如下所示：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <memory>

class Strategy {
public:
    virtual void execute() = 0; // 纯虚函数
};

class ConcreteStrategyA : public Strategy {
public:
    void execute() override {
        std::cout << "Executing Strategy A" << std::endl;
    }
};

class ConcreteStrategyB : public Strategy {
public:
    void execute() override {
        std::cout << "Executing Strategy B" << std::endl;
    }
};

class Context {
private:
    std::unique_ptr<Strategy> strategy; // 使用智能指针管理资源
public:
    Context(std::unique_ptr<Strategy> strat) : strategy(std::move(strat)) {}

    void setStrategy(std::unique_ptr<Strategy> strat) {
        strategy = std::move(strat);
    }

    void executeStrategy() {
        strategy->execute(); // 根据当前策略执行
    }
};

int main() {
    Context context(std::make_unique<ConcreteStrategyA>());
    context.executeStrategy(); // 执行策略A

    context.setStrategy(std::make_unique<ConcreteStrategyB>());
    context.executeStrategy(); // 执行策略B

    return 0;
}

在这个示例中，Context 类持有一个 Strategy 类型的指针，并可以动态地改变使用的策略。随着设计模式的深入，向上转型的理解显得尤为重要，推荐参考更多关于设计模式的资料，例如 Refactoring Guru 来深入学习。

值得注意的是，使用虚函数时要确保基类的析构函数也是虚拟的，这样在删除派生类对象时不会导致资源泄漏。通过这种方式，最大化了代码的灵活性和可扩展性。

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铲除不公
12月29日

建议补充向下转型的内容，以及如何通过 dynamic_cast 实现安全的类型转换示例。

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想起： @铲除不公

对于基类指针指向派生类对象的讨论，确实向下转型的内容值得进一步探讨。使用 dynamic_cast 进行安全的类型转换是一个极好的方法，能有效避免因不当转型导致的程序错误。

例如，考虑以下代码示例：

#include <iostream>
#include <typeinfo>

class Base {
public:
    virtual ~Base() {}
};

class Derived : public Base {
public:
    void show() { std::cout << "Derived class" << std::endl; }
};

void demonstrate(Base* base) {
    // 尝试向下转型
    if (Derived* derived = dynamic_cast<Derived*>(base)) {
        derived->show();
    } else {
        std::cout << "Invalid cast!" << std::endl;
    }
}

int main() {
    Base* b = new Derived();
    demonstrate(b);

    Base* b2 = new Base();
    demonstrate(b2);

    delete b;
    delete b2;

    return 0;
}

在上述代码中，dynamic_cast 通过检查对象的实际类型，确保只有在安全的情况下才允许向下转型，这样能够避免潜在的类型错误。对于多态性来说，建议始终在定义基类的成员函数时使用 virtual 关键字，确保类型信息能够被正确维护。

有兴趣深入了解这一主题的话，可以参考 C++ Reference。

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