reinterpret_cast 和 static_cast

2005-07-26

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最近写一个使用完成端口的应用时，居然在最简单的类型转换上栽了一个跟头, 写出来与大家分享，以避免犯和我类似的错误。为了能尽量统一的处理每一个 I/O 操作，我定义了下面这个类：

class CIoPacket : public OVERLAPPED
{
public:
    virtual void OnIoComplete( ULONG_PTR key, DWORD dwBytes ) = 0;
    virtual void OnIoFailure( ULONG_PTR key, DWORD dwBytes ) = 0;
};

其中的两个虚函数分别在 I/O 操作成功完成或失败后被调用。它的派生类将用于记录每一次 I/O 的相关信息。为了从网络上接收数据，我有从它派生出了一个类：

class CNetPkt : public CIoPacket
{
protected:
    // 定义一些成员变量
public:
    virtual void OnIoComplete( ULONG_PTR key, DWORD dwBytes )
    {
        // 执行一些操作
    }
    virtual void OnIoFailure( ULONG_PTR key, DWORD dwBytes )
    {
        // 执行一些操作
    }
};

下面的代码启动了一个接收数据的操作：

//...
SOCKET sck;
// 初始化sck并绑定到一个完成端口
CNetPkt* pPkt = new CNetPkt();
// 设置pPkt的相关字段
::WSARecv( sck, &wsabuf, 1, &dwBytes, &dwFlags, pPkt, NULL );               // (0)
//...

下面是完成端口线程中的代码：

DWORD dwBytes = 0;
ULONG_PTR key = 0;
LPOVERLAPPED pol = NULL;

if( ::GetQueuedCompletionStatus(g_hIocp, &dwBytes, &key, &pol, INFINITE) )
{
    if( key != 0 )
        reinterpret_cast(pol)->OnIoComplete( key, dwBytes );   // (1)
}
else
{
    if( pol != NULL )
        reinterpret_cast(pol)->OnIoFailure( key, dwBytes );    // (2)
}

自我感觉实现的既灵活又漂亮还健壮、高效。但是程序每次运行到 (1) 或 (2) 时就会出现非法操作，令我百思不得其解。首先仔细检查程序，没发现错误；又使出十八般调试功夫，还是没有找到问题所在。正在头大之时，突然发现 (1) 处的 pol 和 (0) 处的 pPkt 的值并不一样，pol 比 pPkt 大了 4，进一步通过反汇编发现 (0) 处实际传给 WSARecv 的就是 ((LPBYTE)pPkt)+4。两个值不一样，总出错也就不奇怪了。

可编译器为什么要给指针加上 4 呢？难道是编译器把 CIoPacket 的 vfptr 放到了 OVERLAPPED 的前面？可是我记得 VC 应该是把它放在后面的呀（具体不敢确定了，但好像 VC6 是放在后面）。一番测试证实了我的猜测，VC7.1 就是会把 vfptr 放到类结构的最前面，该死的微软居然偷偷改了这么重要的编译细节。但也不能光骂微软，自己的错误也要检讨一下，上面的程序中我应该用 static_cast 而不是 reinterpret_cast，因为 static_cast 能正确调整基类和派生类的指针，而 reinterpret_cast 从汇编的角度看是什么也不干的。如果 vfptr 放在后面，static_cast 和 reinterpret_cast 的结果是一样的，但当 vfptr 放在前面的时候它们就不同了。由于 C++ 标准没有规定 vfptr 的放置位置，所以大家进行类型转换时一定要注意选择正确方式，避免出现我这样的、隐蔽的可移植性问题。