Обертывание C++ в C: преобразование производных в базовые

// An opaque pointers to the types
typedef struct base_t base_t;
typedef struct first_derived_t first_derived_t;

// **********************//
// inside C++ stub only. //
// **********************//

// Ensures you always cast to Base* first, then to void*,
// then to stub type pointer.  This enforces that you'll
// get consistent a address in presence of inheritance.
template<typename T>
T * get_stub_pointer ( Base * object )
{
     return reinterpret_cast<T*>(static_cast<void*>(object));
}

// Recover (intermediate) Base* pointer from stub type.
Base * get_base_pointer ( void * object )
{
     return reinterpret_cast<Base*>(object);
}

// Get derived type pointer validating that it's actually
// the right type.  Returs null pointer if the type is
// invalid.  This ensures you can detect invalid use of
// the stub functions.
template<typename T>
T * get_derived_pointer ( void * object )
{
    return dynamic_cast<T*>(get_base_pointer(object));
}

// ***********************************//
// public C exports (stub interface). //
// ***********************************//

void base_some_operation(base_t* object)
{
     Base* base = get_base_pointer(object);
     base->someOperation();
}

first_derived_t* first_derived_create()
{
     return get_stub_pointer<first_derived_t>(new FirstDerived());
}

void first_derived_destroy(first_derived_t* object)
{
     FirstDerived * derived = get_derived_pointer<FirstDerived>(object);
     assert(derived != 0);

     delete firstDerived;
}

Это означает, что вы всегда можете выполнить приведение, подобное следующему.

first_derived_t* object = first_derived_create();
base_some_operation((base_t*) object);

Это безопасно, потому что указатель base_t* будет приведен к void*, а затем к Base*. Это на один шаг меньше, чем то, что было раньше. Обратите внимание на порядок:

1. FirstDerived*
2. Base* (через неявное static_cast<Base*>)
3. void* (через static_cast<void*>)
4. first_derived_t* (через reinterpret_cast<first_derived_t*>)
5. base_t* (через (base_t*), который представляет собой reinterpret_cast<base_t*> в стиле C++)
6. void* (через неявное static_cast<void*>)
7. Base* (через reinterpret_cast<Base*>)

Для вызовов, обертывающих метод FirstDerived, вы получаете дополнительное приведение:

1. FirstDerived* (через dynamic_cast<FirstDerived*>)

Вы, безусловно, можете создать интерфейс C для некоторого кода C++. Все, что вам нужно, это extern "C", и я рекомендую void * в качестве непрозрачного типа данных:

// library.h, for C clients

typedef void * Handle;

extern "C" Handle create_foo();
extern "C" void destroy_foo(Handle);

extern "C" int magic_foo(Handle, char const *);

Затем реализуйте его на С++:

#include "library.h"
#include "foo.hpp"

Handle create_foo()
{
    Foo * p = nullptr;

    try { p = new Foo; }
    catch (...) { p = nullptr; }

    return p
}

void destroy_foo(Handle p)
{
    delete static_cast<Foo*>(p);
}

int magic_foo(Handle p, char const * s)
{
    Foo * const f = static_cast<Foo*>(p);

    try
    {
        f->prepare();
        return f->count_utf8_chars(s);
    }
    catch (...)
    {
        return -1;
        errno = E_FOO_BAR;
    }
}

Помните, что нельзя допускать, чтобы какие-либо исключения распространялись через вызывающую функцию C!

Это подход, который я использовал в прошлом (возможно, как следует из комментария Аарона). Обратите внимание, что в C и C++ используются одинаковые имена типов. Все приведения выполняются на C++; это, естественно, представляет собой хорошую инкапсуляцию независимо от вопросов законности. [Очевидно, что вам также нужны методы delete.] Обратите внимание, что для вызова someOperation() с Derived* требуется явное восходящее преобразование к Base*. Если Derived не предоставляет никаких новых методов, таких как someOtherOperation, вам не нужно предоставлять Derived* клиентам и избегать приведения типов на стороне клиента.

Заголовочный файл: "BaseDerived.H"

#ifdef __cplusplus
extern "C"
{
#endif
    typedef struct Base Base;
    typedef struct Derived Derived;

    Derived* createDerived();
    Base* createBase();
    Base* upcastToBase(Derived* derived);
    Derived* tryDownCasttoDerived(Base* base);
    void someOperation(Base* base);
void someOtherOperation(Derived* derived);
#ifdef __cplusplus
}
#endif

Реализация: "BaseDerived.CPP"

#include "BaseDerived.H"
struct Base 
{
    virtual void someOperation()
    {
        std::cout << "Base" << std::endl;
    }
};
struct Derived : public Base
{
public:
    virtual void someOperation()
    {
        std::cout << "Derived" << std::endl;
    }
private:
};

Derived* createDerived()
{
    return new Derived;
}

Base* createBase()
{
    return new Base;
}

Base* upcastToBase(Derived* derived)
{
    return derived;
}

Derived* tryDownCasttoDerived(Base* base)
{
    return dynamic_cast<Derived*>(base);
}

void someOperation(Base* base)
{
    base->someOperation();
}

void someOperation(Derived* derived)
{
    derived->someOperation();
}

Я думаю, что эти две строки являются сутью вопроса:

first_derived_t* object = first_derived_create();
base_some_operation((base_t*) object); // Note the derived-to-base cast here
...

Нет действительно безопасного способа разрешить это в коде C. В C такое приведение никогда не изменяет необработанное целочисленное значение указателя, но иногда это происходит при приведении C++, и поэтому вам нужен проект, который никогда не имеет приведения в коде C.

Вот одно (слишком сложное?) решение. Во-первых, определитесь с политикой, согласно которой код C всегда будет строго обрабатывать значение, которое фактически является Base* - это несколько произвольная политика для обеспечения согласованности. Это означает, что код C++ иногда должен будет использовать dynamic_cast, мы вернемся к этому позже.

(Вы можете заставить дизайн работать правильно с кодом C, просто используя приведения типов, как было упомянуто другими. Но я бы беспокоился, что компилятор допустит все виды сумасшедших приведений, таких как (Derived1*) derived2_ptr или даже приведения к типам в другая иерархия классов. Моя цель здесь — обеспечить правильное объектно-ориентированное отношение is-a в коде C.)

Тогда классы дескрипторов C могут быть чем-то вроде

struct base_t_ptr {
    void * this_; // holds the Base pointer
};
typedef struct {
    struct base_t_ptr get_base;
} derived_t_ptr;

Это должно упростить использование чего-то вроде приведения типов лаконичным и безопасным способом: обратите внимание, как мы передаем object.get_base в этом коде:

first_derived_t_ptr object = first_derived_create();
base_some_operation(object.get_base);

где объявление base_some_operation

extern "C" base_some_operation(struct base_t_ptr);

Это будет довольно безопасным типом, так как вы не сможете передать производный1_t_ptr в эту функцию, не пройдя через элемент данных .get_base. Это также поможет вашему C-коду немного узнать о типах и допустимых преобразованиях — вы не хотите случайно преобразовать Derived1 в Derived2.

Затем при реализации невиртуальных методов, определенных только в производном классе, вам понадобится что-то вроде:

extern "C" void derived1_nonvirtual_operation(struct derived1_t_ptr); // The C-style interface. Type safe.

void derived1_nonvirtual_operation(struct derived1_t_ptr d) {
    // we *know* this refers to a Derived1 type, so we can trust these casts:
    Base * bp = reinterpret_cast<Base*>(d.get_base.this_);
    Derived1 *this_ = dynamic_cast<Derived1*>;
    this_ -> some_operation();
}