100. Не рассматривайте массивы полиморфно

100. Не рассматривайте массивы полиморфно

Резюме

Полиморфная работа с массивами — большая ошибка. К сожалению, обычно компилятор никак на нее не реагирует. Не попадайтесь в эту ловушку!

Обсуждение

Указатели служат одновременно для двух целей: в качестве малого размера идентификаторов объектов и в качестве итераторов для массивов (они могут обходить массивы объектов с использованием арифметики указателей). В качестве идентификаторов имеет смысл рассматривать указатель на Derived как указатель на Base. Однако как только мы переходим ко второй цели, такая замена не работает, поскольку массив объектов Derived — совсем не то же, что и массив объектов Base. Чтобы проиллюстрировать сказанное, заметим, что и мышь, и слон — оба млекопитающие, но это не значит, что колонна из ста слонов будет по длине такой же, что и колонна из ста мышей.

Размер имеет значение. При замене указателя на Derived указателем на Base компилятор точно знает, как следует подкорректировать (при необходимости) указатель, поскольку у него есть достаточное количество информации об обоих классах. Однако при выполнении арифметических операций над указателем p на Base компилятор вычисляет p[n] как *(p+n*sizeof(Base)), таким образом полагаясь на то, что объекты, находящиеся в памяти, — это объекты типа Base, а не некоторого производного типа, который может иметь другой размер. Представляете, какая ерунда может получиться при работе с массивом объектов Derived, если вы преобразуете указатель на начало этого массива в указатель типа Base* (что компилятор вполне допускает), а затем примените арифметические операции к этому указателю (что компилятор также пропустит, не моргнув глазом)!

Такие неприятности представляют собой результат взаимодействия двух концепций — заменимости указателей на производный класс указателями на базовый класс, и унаследованной от С арифметикой указателей, которая считает указатели мономорфными и использует при вычислениях только статическую информацию.

Для хранения массива полиморфных объектов вам нужен массив (а еще лучше — контейнер; см. рекомендацию 77) указателей на базовый класс (например, обычных указателей или, что еще лучше, интеллектуальных указателей shared_ptr; см. рекомендацию 79). Тогда каждый указатель массива указывает на полиморфный объект, скорее всего, объект в динамически выделенной памяти. (Если вы хотите обеспечить интерфейс контейнера полиморфных объектов, вам надо инкапсулировать весь массив и предоставить соответствующий полиморфный интерфейс для выполнения итераций.)

Кстати, одна из причин, по которой в интерфейсах следует предпочитать ссылки указателям, заключается в том, чтобы было совершенно очевидно, что речь идет только об одном объекте, а не о массиве объектов.

Ссылки

[C++TR104] • [Dewhurst03] §33, §89 • [Sutter00] §36 • [Meyers96] §3