C++のポインタについて

ポインタについての質問があります。

１つ目に、型が違うポインタは、どう解釈されるんでしょうか？？

C++
1char qtr = 3289;
2int * ptr = &qtr;

こんなコードがあったとします。
RISC系CPUならアライメントにまたがるため例外が送出されると思います。通常このような使い方はしないですよね。

int型のポインタにchar型のアドレスを代入しています。
この場合、ptrは、**int型のポインタと解釈されるのでしょうか？**それとも、char型のポインタでしょうか？

C++
1class Base {}
2class Derived : public Base {}
3
4Derived obj;
5Base *ptr = &obj;

こちらは、どうでしょうか？よく見かけるコードです。ptrは、結局のところどちらのポインタだと解釈されるんでしょうか？？

2つ目
dynamic_castがわかりません。
私の持っている本に以下のような事が書いてあります。

ポインターやリファレンスの指し示しているオブジェクトの本当のクラス型は、実行時にしか分からない。

え？なんで？？
上記のコードの例だと、ptrに、Derived型のオブジェクトが入っていることは、実行しなくてもわかりますよね？？

C++
1void f(Base & base){
2   Derived & d = static_cast<Derived &>(base);  // baseがderivedを参照しているかどうかは、わからない。
3}

関数内では、確かに、参照しているかどうかは不明です。
ですが・・・f関数を呼び出した時に渡すオブジェクトは、実行時でなくてもわかりますよね？

ポインターやリファレンスの指し示しているオブジェクトの本当のクラス型は、実行時にしか分からない。そのため、常に変換に失敗する可能性がある。そのため、dynamic_castを使う場合は、常に変換が失敗するかもしれないという前提のもとにコードを書かななければならない。

ん？？一体なんのことだかサッパリ。

3つ目にダウンキャストはなぜ危険なのでしょうか？？
基本型のポインターを派生型のポインターに変換する

線形リストなどを作る時に、自己参照型のポインタって良く見ますよね。

C++
1typedef struct __node {
2    int data;
3    struct *__node next;
4}Node;

これは、ポインタが不完全型であっても使用可能だからですよね。
この理由は、ポインタは、アドレスを代入するものであって、構造体の中身がどうなっていようが、アドレスの値に影響しないからだと考えました。（間違っているかもしれません。）

この理屈で考えてみます。テスト用のコードを作りました。適当です。
以下のコードは、コンパイルは通ります。しかし、コンパイルする際にNever Succeedと出てきます。
なぜでしょうか？？

C++
1struct Base {
2    int member = 3489;
3
4    void function(){
5        std::cout << "Base::funtion" << std::endl;
6    }
7
8    virtual void func(){
9        std::cout << "Base::virtual_func" << std::endl;
10    }
11};
12
13class Derived final : public Base {
14    public:
15        int Derived_member = 3829;
16        
17        void function(){
18            std::cout << "Derived::function" << std::endl;
19        }
20        
21        void func(){
22            std::cout << "Derived::virtual_func" << std::endl;
23        }
24};
25
26
27Base base_obj;
28Derived *derived_obj_ptr = dynamic_cast<Derived *>(&base_obj);

以下のコードを見てみます。
基本クラスのオブジェクトを派生クラスのオブジェクトに代入することは可能です。
しかし、逆に、派生クラスのオブジェクトを基本クラスのオブジェクトに代入することはできません。

これは、派生クラスには、基本クラスにないメンバ変数を持っている可能性があるから、コピーのしようがない・・・ということでしょう。

(この時に使われるのは・・・コピー代入演算子ですかね？基本クラスのオブジェクトが右辺に来ている・・・時は、どうなんでしょうか？)

C++
1class Base { ... };
2class Derived : public Base { ... };
3
4Base obj;
5Derived obj2;
6
7obj2 = obj;  // ok!
8obj = obj2   // ERROR!!

オブジェクトの方は分かるのですが、ポインタの方はなぜできないのかわかりません。
また、ダウンキャストができる条件を教えてください。

環境は、Linux g++です。

行動規範の内容に同意します

回答3件

ベストアンサー

こんにちは。

こんなコードがあったとします。

「int型のポインタにchar型のポインタは代入できないエラー」になる筈です。

この場合、ptrは、int型のポインタと解釈されるのでしょうか？それとも、char型のポインタでしょうか？

int * ptr = reinterpret_cast<int*>(&qtr);とすれば代入できます。
つまり、ptrはint型へのポインタなのです。

こちらは、どうでしょうか？よく見かけるコードです。ptrは、結局のところどちらのポインタだと解釈されるんでしょうか？？

こちらはちょっと悩ましいですよね。C++は普通に記述す限り、型に厳密です。Base *ptr = &obj;のptrはBase型へのポインタとして宣言していますので、何を代入しようがBase型へのポインタです。
なのである意味安心して使えます。

ただし、指している先はDerived型のオブジェクトです。指している先を仮にBase型として取り扱っても未定義動作が発生する危険はありません。

上記のコードの例だと、ptrに、Derived型のオブジェクトが入っていることは、実行しなくてもわかりますよね？？

確かにそのコードであれば分かりますが、それは「特別なケース」なのです。分かる場合もありますが、一般的には分からないと考えるのが正しいです。

C++
1bool make_derived;
2std::cin >> make_derived;
3Base* ptr=(make_derived)?new Derived:new Base;

のような場合、実行時にしか分かりません。

また、例示されている関数 f() をfoo.cppで定義し、bar.cppから呼び出したとします。
foo.cppをコンパイルしている時のコンパイラは、bar.cppの情報を全く持っていませんので、コンパイル時にはどんなパラメータで呼び出されているか分かりません。
foo.cppが何かのライブラリとして配布されていて、それを入手した人がbar.cppから呼び出すような場合にありがちな話です。

ご提示されているコードは、Base型オブジェクトが渡されると危険なコードです。
そのような時は dynamic_cast<>を使い、結果がnullptrになっていないことを確認することで安全になります。（なお、nullポインタを*で参照へ変換すると未定義動作を引き起こしますので、ポインタで処理する必要があります。）

dynamic_cast<>は意外なほど遅いので使わないに越したことはないですが、使わないで処理するのは結構面倒なので、速度を要求されない場所なら使うのも有りと思います。（ダウンキャストそのものを否定する人もいますが、使った方が良い時も結構あります。全ての派生クラス用の仮想関数を定義するとか、できれば避けたいものです。）

3つ目にダウンキャストはなぜ危険なのでしょうか？？

以下のソースを実行すると何が表示されるでしょうか？
つまり未定義動作を引き起こしますので、危険なのです。

C++
1#include <iostream>
2struct Base
3{
4    int x;
5};
6
7struct Derived : public Base
8{
9    int y;
10};
11
12int main()
13{
14    Base b;
15    b.x=0;
16    Derived* d_ptr = static_cast<Derived*>(&b);
17    std::cout << d_ptr->y;
18}

基本クラスのオブジェクトを派生クラスのオブジェクトに代入することは可能です。
しかし、逆に、派生クラスのオブジェクトを基本クラスのオブジェクトに代入することはできません。
これは、派生クラスには、基本クラスにないメンバ変数を持っている可能性があるから、コピーのしようがない・・・ということでしょう。

えっ!　完全に逆ですよ。
派生クラスは基底クラスへ代入できます。そして、スライシングが発生して泣くことがあります。
しかし、逆はコンパイラが禁止しています。派生クラスにだけある変数に値を設定できないからだと思います。
なお、基底クラスへのconst参照を取る代入演算子やコンストラクタを定義すれば通ります。定義した人の責任で設定すれば良いからです。

投稿2018/08/27 18:00

編集2018/08/27 18:03

Chironian

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