C++派生クラスのメンバ変数にアクセスする方法

Question

C++にてポリモーフィズムで派生クラスのメンバ変数にアクセスしたいのですが，どのように書けばそうできるのかわかりません。
ご教授お願いします。

詳細

struct Base {
    int a;
};

struct A : public Base {
    int b;
};

struct B : public Base {
    int c;
};

などのコードでstd::vector<Base*>などを使いBaseから派生した複数,多種類のstructをまとめ管理したいです。
しかし， メンバ変数にアクセスできないという問題が発生しました。
この問題を解決するようなコード，またはこう設計すべしというものがあったら教えてください。

ソースコード

#include <iostream>

struct Base {
    int a;
};

struct A : public Base {
    int a;
    int b;
};

int main() {
    Base *ptr;
    A hoge;
    hoge.a = 2;
    hoge.b = 3;
    ptr = &hoge;

    std::cout << "ptr->a:" << ptr->a << std::endl; // 2が出ない
    std::cout << "ptr->b:" << ptr->b << std::endl; // Error
    return 0;
}

上記のコードでptr->a, ptr->bを表示できるようにしたい

Answer 1

struct A : public Base {
    int b;
};

ならば、aについては期待通りの動作をすると思います。
また、polymorphicな扱いをするならばデストラクタについて考えるべきです。

派生クラスを基底クラスとしてdeleteすると基底クラスのデストラクタのみが呼ばれるので
virtualなデストラクタを宣言する事が必要です。

また、virtualな関数を定義する事でdynamic_castが使用可能になるので

#include <iostream>

struct Base {
    int a;
    virtual ~Base() = default;
};

struct A : public Base {
    int b;
};

int main() {
    Base *ptr;
    A hoge;
    hoge.a = 2;
    hoge.b = 3;
    ptr = &hoge;

    std::cout << "ptr->a:" << ptr->a << std::endl;
    if(A* a_ptr = dynamic_cast<A*>(ptr))
        std::cout << "ptr->b:" << a_ptr->b << std::endl;
    return 0;
}

あたりが妥当ではないでしょうか

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ただし、わざわざ基底クラスのポインタから派生クラスの変数に対してアクセスする事は
設計上の間違いと言わざるをえないでしょう。
仮想メンバ関数などを用いることで派生クラスに任せた方が分かりやすくなることでしょう。

Answer 2

ポリモーフィズムで派生クラスのメンバ変数にアクセスしたいのですが

基底クラスのポインタや参照経由でポリモーフィックにアクセスできるのは、基底クラスにあるメンバだけです。派生クラスにしかないメンバにアクセスしたいのであれば、そのクラスのポインタにキャストしてからアクセスする必要があります。

Answer 3

こんにちは。

そもそもやろうとしていることが、「ポリモーフィズム」の範疇ではないです。
ポリモーフィズムは、同じ記述で異なる振舞いを行うことです。（例えば、ptr->foo()の振る舞いがAとBで異なる等）
逆に、異なる記述で異なる振舞いをするのは普通のことです。そこにポリモーフィズムでよく使われる考え方は本質的に役に立ちません。（同じ名前の仮想関数でオーバーライドするなど。）

このようなケースでは、ダウンキャストすることも少なくないです。
dynamic_castを使えば安全・お手軽にダウンキャストできます。なお、仮想関数の定義を忘れないことが大事です。デストラクタを仮想関数にすると安全確実です。（基底クラスへのポインタをdeleteする場合には事実上必須ですし。）

意外にdynamic_castは遅いので、高速化が必要な時は、基底クラスに「派生クラスの型」を記録する変数を用意し、コンストラクト時にそれを設定しダウンキャスト時に確認してstatic_castするメジャーなOSS（clang）もあります。

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【余談ですが】
dynamic_cast、もしくは、ダウンキャストを使うのは「設計がおかしいので設計をみなおすべき」というルールを書いている人も少なくないです。ポリモーフィックに使うのが好ましいケースでダウンキャストしていた場合はまさにその通りと思います。（そのような不適切な設計も少なくないだろうと思います。）
しかし、本質的に異なるものを同じ記述でアクセスするのはおかしいですから、そのような時にダウンキャストするのは適切です。