将std::map的std::pair向下转换为子类是否属于未定义行为？

为什么不行？ #

• 反向转型违反C++类型规则：C++标准只允许将子类的指针/引用安全向上转换到它的公共基类。反过来，把基类对象强制转换成子类类型，不管子类有没有新增成员，都是标准明确禁止的行为。std::map里存储的是std::pair<const std::string, std::string>对象，本质上不是Concatenator对象，强行“冒充”子类类型属于类型欺骗，标准不会为这种行为的结果负责。
• 内存布局无保证：哪怕你的子类没有新增成员，C++标准也没有规定“子类必须和基类内存布局完全一致”。编译器可能出于优化、ABI要求等原因对子类布局做调整，看起来一致只是特定编译器下的巧合，换个编译器或编译选项就可能出问题。

更安全的替代方案 #

没必要搞这种危险的强制转换，有两种更稳妥的方式实现需求：

方案1：写一个自由函数

#include <iostream>
#include <map>
#include <string>

std::string concatenate(const std::pair<const std::string, std::string>& p) {
    return p.first + ", " + p.second;
}

int main() {
    std::map<std::string, std::string> m{{"hello", "world"}};
    std::cout << concatenate(*m.begin()) << std::endl;
}

方案2：用包装类持有引用

#include <iostream>
#include <map>
#include <string>

class Concatenator {
private:
    const std::pair<const std::string, std::string>& pair_ref;
public:
    explicit Concatenator(const std::pair<const std::string, std::string>& p) : pair_ref(p) {}
    operator std::string() const {
        return pair_ref.first + ", " + pair_ref.second;
    }
};

int main() {
    std::map<std::string, std::string> m{{"hello", "world"}};
    Concatenator c(*m.begin());
    std::cout << std::string{c} << std::endl;
}

内容的提问来源于stack exchange，提问作者phinz