C++ 基底クラスから派生クラスのポインタをキャストせずに取得する方法を教えてください

Question

前提・実現したいこと

C++でゲームプログラムを組んでいます。UpdateやDrawといった機能をComponentの派生クラスとして作り、それをゲームに登場するキャラクタークラスにComponentのポインタとして(ポリモフィズムの為)メンバに持たせる形で実装したいです。さらに、キャストを使わずに実現したいです。
そこで下記のようなコードを書いたのですが、エラーが出てしまい、解決できずに今に至ります。

ご教授願います。

発生している問題・エラーメッセージ

型 "Component *" の値を使用して型 "Draw *" のエンティティを初期化することはできません

該当のソースコード

#include <iostream>
#include <unordered_map>
using namespace std;

//------------------------------------
// 様々なコンポーネントの基底クラス
// virtual get()関数は派生クラスでthisを返すようにし、例えば
// Component* co = new Draw();
// Draw* draw = co->get()で派生クラスを取得するつもりだったが、上手くいかず……
//------------------------------------
class Component {
 public:
	 virtual void update() = 0;

	 virtual Component* get() {
		 cout << "Component get" << endl;
			return this;
	 }
};

//------------------------------------
// Updateコンポーネント
//------------------------------------
class Update : public Component {
 public:
	 void update() {
		 cout << "Update update" << endl;
	 }

	 Update* get() {
		 cout << "Update get" << endl;
		 return this;
	 }

};

//------------------------------------
// Drawコンポーネント
//------------------------------------s
class Draw : public Component {
 public:
	 void update() {
		 cout << "Draw update" << endl;
	 }

	 virtual Draw* get() {
		 cout << "Draw get" << endl;
		 return this;
	 }

};

//------------------------------------
// ゲームに登場するクラスの基底クラス
//------------------------------------
class GameObject {
 public:

	// コンポーネントリストから指定したコンポーネントを返す
	Component* component( string str ) {
		return mComponentList.at( str );
	}

	// コンポーネントを登録する
	void regComponet( string key, Component* co ) {
		mComponentList.emplace( key, co );
	}

 // コンポーネントリスト
 unordered_map<string, Component*> mComponentList;

};

//------------------------------------
// メイン
//------------------------------------
int main() {

	// コンポーネントの生成
	Update* update = new Update();
	Draw* draw = new Draw();


	// ゲームオブジェクトの生成
	GameObject* gameObject = new GameObject();

	// ゲームオブジェクトにコンポーネントを登録する
	gameObject->regComponet( "update", update );
	gameObject->regComponet( "draw", draw );


	// キャストすれば取得できるが……
	// 呼ばれているのはDraw::get()だが、戻り値はComponent*
	// クラスの中でのthisは派生クラスではないのか…… ?
	Draw* d = (Draw*)gameObject->component( "draw" )->get();

	d->update();

}

補足情報（FW/ツールのバージョンなど）

VisualStudio 2017

Answer 1

こんにちは。

派生クラスの仮想関数get()が呼ばれていて、それが派生クラスへのポインタを返しているのに、実際には基底クラスへのポインタが返ってくるのは何故という疑問ですね？

C++の型情報はコンパイラが処理します。そのため、実行時には型情報が事実上失われています。
そして、動的ポリモーフィズムは、実行時でないと型が分からないオブジェクトを同じ記述で安全に取り扱える非常に優れた仕組みです。

Draw* d = (Draw*)gameObject->component( "draw" )->get()の部分を、例えばDraw* d = (Draw*)gameObject->component( argv[1] )->get()と記述し、コマンドライン・パラメータで "draw" を指定できます。
しかし、もしかすると、使う人は "update" を指定するかも知れません。この場合、gameObject->component( argv[1] )->get()は、Update クラスへのポインタを返却します。・・・①

さて、コンパイラはコマンド・ライン・パラメータとして、"draw"が指定されるのか"update"が指定されるのか知るよしもありません。なので、gameObject->component( argv[1] )->get()が返却する型をコンパイラは知ることができません。
ところで、基底クラスにも get() を定義すると決まっており、これはComponentクラスへのポインタを返却すると指定されています。そこで、コンパイラはgameObject->component( argv[1] )->get()が返却するものはComponentクラスへのポインタであるとして取り扱います。（そのように標準規格にて決められています。）

従って、コンパイラはDraw* d = gameObject->component( "draw" )->get()を、「基底クラスへのポインタを暗黙的に派生クラスへのポインタへ変換する指示」として解釈しエラーにします。これは①が起きた時にDraw型へのポインタdにUpdate型へのポインタの代入を事前に回避するための機能です。この機能がなかった場合、気が付かない内にUpdate型へのポインタをDraw型のポインタへ代入し、Update型のオブジェクトをDraw型と思い込んで処理するので破綻します。そして、デバッグで地獄を見ることになるのです。

Comments

[nozomin_jp]

詳細な回答ありがとうございます。
納得致しました。

Answer 2

GameObject::component( string str )の戻り値がComponent*型で、Component::get()の戻り値もComponent*型なので、基底クラスから'get()'をコールすれば当然Component*型のオブジェクトが取れるだけです。

ポリモーフィズムはあくまで「共通のインターフェース、複数の実装」のために機構だと思いますので、インスタンスによって戻り値の型が変わるというのは共通のインターフェースではなくなってしまうのでそもそも考え方として破綻していると思います。

updateを呼び出したいだけでしたら

gameObject->component( "draw" )->update();

とでもすればOKです。

Comments

[nozomin_jp]

ご回答ありがとうございます。さらに質問してしまい、申し訳ないのですが、回答いただけると助かります。
GameObject::component( string str )の戻り値がComponent*型ですが、get関数は仮想関数である為、呼ばれるのは派生クラスのgetです。派生クラスのgetは戻り値は派生クラスの型のポインタ型であり、thisを返します。実際に実行して呼ばれていることを確認したのですが、何故Component*型が返ってきてしまうのでしょうか?

[takabosoft]

「Componentの型」を使ってgetを呼び出している、という点をまずは理解してください。呼び出す側はComponentという型しか知りません。Component::get()の戻り値の型も「Component*」だ、という事しか知りません。たしかに実際に実行されるのは派生クラス側のものですが、呼び出し側からしてみれば、返ってきたポインタの値は「Component*」のはずだ、という認識になります。

[nozomin_jp]

回答いただきありがとうございます。