compler moves this pointer while Upcasting derived ojbect pointe to parent pointe by static_cast

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在多继承的情况下，用static_cast去upcast子对象指针到父对象指针时候，This 指针会自动偏移到正确的那路父对象指针。 条件是static_cast时候，子对象的指针不可以是(void *)必须是(static_cast *). 原因是static_cast是编译时候处理的。

单继承（Single Inheritance，SI）对象模型

考虑下面的这个类：

class A
{
public:
    int m_a;
    int m_b;
};

A a;

class object a在内存中的布局如下所示：

两个member data按照顺序排列，class object a的地址就是该内存空间的首地址。现在我们增加一个类：

class B : public A
{
public:
    int m_c;
};

B b;
A* a = &b; // upcast
B* b2 = static_cast<B*>(a); // downcast

class object b在内存中的布局如下图：

先是A类的subobject内存布局，然后是B类的data member。C++标准保证“出现在派生类中的基类subobject保留其原样性不变”。因此无论class A的布局如何，都会完整地存在于class B的内存模型中，这主要考虑和C的兼容性。但有以下几点需要注意（请不要被下面3条所述细节困扰，如果实在不太清楚，可以略过，我们的重点在于SI的基础知识）：

1）class A的因内存alignment而产生的padding bytes也必须出现在B的class A subobject中，这确保了基类subobject的严格原样性。

2）对于具有virtual function的类体系，vptr的放置根据不同编译器会有两种方式：头部和尾部。对于放在头部的编译器，如果这里给B类增加一个virtual destructor，从而让A无virtual机制而让B有virtual机制，class object b的头部就是vptr而不是class A subobject了。但这不会影响指针的相同性。

3）如果B是virtual继承于A，则事情另有变数。用Stanley B. Lippman的话说“任何规则一旦遇到virtual base class，就没辙了”。这里我们不讨论这个题外话。

&b、a和b2所指向的都是b的首地址。因此，在SI模型下，对象内存采用重叠的模型，基类和任何的派生类的指针，都指向该对象的首地址，因此这些指针的地址值都是一样的——所有基类subobject都共享相同首地址。

也就是说，在一个继承体系内，不论你用什么样的方式对一个指向了某对象的指针进行downcast或upcast，指针的地址值都是一样的。再加一层体系如下：

class C : public B
{
public:
    int m_d;
};

A、B、C这3个在同一体系下的类的指针无论怎样进行相互casting，得到的地址都一样。

多继承（Multiple Inheritance，MI）对象模型

MI机制是C++这门语言的特性之一，同时，也是复杂度的罪魁祸首之一！因为，在这里，编译器又背着我们做了一些事情，这也是C++饱受批评的主要原因。

请考虑下面的程序：

class A
{
public:
    int m_a;
};

class B
{
public:
    int m_b;
};

class C
{
public:
    int m_c;
};

class D : public A, public B, public C
{
public:
    int m_d;
};

A* a;
B* b;
C* c;
D d;
a = &d;
b = &d;
c = &d;

类关系如图所示：

这是一个最简单的MI体系，D继承自三个base class。我们再来看看它的内存模型：

可以看到，和SI不同的是，MI采用了非重叠模型——每个base class subobject都有自己的首地址。这里，A、B和C subobject各自占据它们自己的首地址，唯一的例外就是D object——也就是这个模型的拥有者，它的首地址和class A subobject是相同的。因此，我们说：

assert( a == &d );

assert( b != &d );

assert( c != &d );

“哎！等等！”，我听到了你在打断我，“我们在上面的程序中已经写明

b = &d;

c = &d;

这里为什么你会这么写：

assert( b != &d );

assert( c != &d );

你确定断言不会crash吗？”。如果你这么问我，我很高兴，这表明你在跟着我。下面是我通过试验得到的数据：

这就是问题的关键所在——编译器背着我们做了一件事情：this指针调整！在MI的世界里，this指针调整非常频繁，而这种调整，主要发生在 派生类对象 和“第二个以及后续的基类对象”（像咒语一样）之间的转换。在上面的例子里，“第二个以及后续的基类”就是类B和C。这个转换就是

b = &d; // upcast

c = &d; // upcast

this指针就是在这个时候被compiler调整的。b和c分别指向了正确的，属于它们各自的subobject的地址。同理，当我们将b和c转换成d指针的时候，this指针也会调整

D* d2 = static_cast<D*>(b); // downcast

D* d3 = static_cast<D*>(c); // downcast

结果是：

assert( d2 == &d );

assert( d3 == &d );

指针又被调整了回来。而这在SI的世界中是不会发生的（重叠模型）。

为什么要调整this指针呢？this指针调整的原因在于MI采用了非重叠的内存模型，而之所以采用这种模型，是为了保证各基类体系的完整性和独立性，保证virtual机制能够得以在MI的不同体系之间顺利运行（这通过每个subobject各自的vptr进行）。关于MI以及它的this指针调整，可以说的东西足够写成一本书（本文只是冰山一角），这里当然不行！关于MI的任何理论问题，你都可以在《Inside The C++ Object Model》一书中找到。

但是，如果你把上面我们讨论的理论都弄明白了，就足够理解下面的部分，以及一般的MI问题了。

问题分析

在掌握了SI和MI各自的基本知识之后，我们现在可以把之前的问题弹出堆栈！我们暂时离开实验室，来分析一下这个现实生活中的问题。Actor的继承体系如下所示：

老办法，我们分析一下它的内存模型：

该体系是一个SI和MI的混合体。可以把Actor看成是左右两个体系的MI类。Super hierarchy和EventedSprite这个SI作为第一个base class，ConcurrentJob和Path_Finder的这个SI看做是第二个base class。因此，

class Actor : public EventedSprite, public Path_Finder {...}

有关系：

Actor actor;

EventedSprite* spr = &actor; // 1

Path_Finder* path = &actor; // 2

assert( spr == &actor );

assert( path != &actor );

因为步骤2进行了this指针调整——这很清楚。好了，我们来看我们出问题的程序：

My_Task* myTask = new My_Task;
Actor* actor = new Actor;
myTask->setJob( actor );
System_Task_Manager_Or_Something->addToOperationQueue( myTask );

我们将actor交给了My_Task::setJob这个方法，该方法的形参是类型void*——它可以接受任何指针类型，这没有什么问题——我们只需要存储这个地址，在需要使用的时候用就是了。我们再看My_Task::run：

virtual void run()
{
    ConcurrentJob* job = static_cast<ConcurrentJob*>( m_job );
    job->run();
}

m_job就是刚才被存储的Actor*——这个地址没问题。但，m_job的类型是void*——没有任何类型信息！我们应该对

ConcurrentJob* job = static_cast<ConcurrentJob*>( m_job );

有什么期待呢？我们期待compiler会为我们调整this指针！因为ConcurrentJob是第二个基类体系，还记得 “第二个以及后续的基类”咒语吗？一个void*的指针，我们用编译期casting  operator

static_cast

进行转换，是不会有任何地址上的变化的！Actor*的地址就这么直接赋予了ConcurrentJob*。this指针没有被调整！这个指针没有指向正确的subobject！导致了后面的严重错误！

一个快速的解决方案就是把m_job先变成Actor*，然后再转换。不过无论如何，只要能够给compiler足够的类型信息量，它就能做对事情——但前提是，你要先做对事情。