const std::shared_ptr引用向上转型的工作机制探究

我发现当const std::shared_ptr&向上转型时，会创建一个指向同一转型后对象的基类新共享指针，示例代码如下：

#include <iostream>
#include <memory>

class Animal
{
};

class Cat : public Animal
{
};

void display(const std::shared_ptr<Animal>& animal)
{
    std::cout << animal.use_count() << std::endl;
}

int main()
{
    auto cat = std::make_shared<Cat>();

    std::cout << cat.use_count() << std::endl;
    display(cat);
    std::cout << cat.use_count() << std::endl;
}

运行这段代码的输出为：

sujith@AKLJoincggDLEd:~/sujith$ g++  -std=c++17 main.cpp
sujith@AKLJoincggDLEd:~/sujith$ ./a.out
1
2
1
sujith@AKLJoincggDLEd:~/sujith$

我的疑问是：

• 这个行为是通过哪个运算符/构造函数实现的？
• 其他引用类型的向上转型也能获得相同行为吗？
• 还是说这是shared_ptr引用特有的处理方式？

解答 #

1. 实现机制 #

这个行为是通过std::shared_ptr的模板转换构造函数实现的。C++标准库为shared_ptr定义了如下模板构造函数：

template <class Y>
shared_ptr(const shared_ptr<Y>& r) noexcept;

当子类类型Y可以隐式向上转型为基类类型T（即Y*能转换为T*）时，这个构造函数会被触发：它会创建一个新的shared_ptr<T>实例，与原shared_ptr<Y>共享同一个控制块，因此引用计数会临时增加。

在你的代码中，调用display(cat)时，编译器会先构造一个临时的shared_ptr<Animal>，再将这个临时对象的引用绑定到函数的const std::shared_ptr<Animal>&参数上。函数执行完毕后，临时的shared_ptr<Animal>被销毁，引用计数随之下降，这就是输出出现1→2→1的原因。

2. 其他引用类型的向上转型行为 #

普通对象引用的向上转型不会有这种引用计数变化的行为。比如Cat&转Animal&，本质只是同一个对象的不同类型视角引用，不会创建任何新对象，也不存在引用计数的概念。这种涉及引用计数的临时对象创建行为，是智能指针这类需要管理对象生命周期的类型特有的。

3. 是否为shared_ptr引用特有 #

是的，这是shared_ptr（包括其引用形式）特有的处理方式。核心原因在于shared_ptr本身是一个管理原始指针的包装对象，而非原始指针或普通引用。当你传递shared_ptr<Cat>给期望const shared_ptr<Animal>&的函数时，编译器必须先构造一个兼容的shared_ptr<Animal>临时对象，才能完成参数绑定——这个临时对象的创建和销毁直接影响了引用计数。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Sujith Gunawardhane