C++协变返回类型因不完整类型报错问题咨询

首先直接给结论：你的代码不符合C++标准要求，所以编译器报错是合理的；不过我们有简单的调整方法来解决这个问题。

为什么你的代码无法编译？ #

C++标准对协变返回类型有明确的要求：当你在派生类中重写基类的虚函数时，如果返回类型是指针或引用，那么这个返回类型对应的类必须是完整类型（即已经被完全定义，而不是仅仅前向声明）。

在你的代码里，当编译器处理Odd类中的Even const* increment()const声明时，Even只是一个前向声明——编译器此时只知道Even是一个类，但不知道它是否继承自Number，也没有它的完整类定义信息，这就违反了协变返回类型的要求，所以Clang和VS2015都会报错。

这里要澄清：你提到的常量性一致是对的，但问题根本不在常量性，而在返回类型的类完整性上。

C++标准是否支持这种场景？ #

严格来说，标准不支持用不完整类作为协变返回类型。协变返回的核心是派生类的返回类型必须是基类返回类型的派生类，而编译器需要在函数声明点确认这一点——不完整类无法提供足够的信息让编译器验证继承关系，所以标准禁止这种写法。

解决方法：调整函数声明与定义的位置 #

最简单的修复方式是：把increment函数的定义放到两个子类都完全定义之后，类内只保留声明。这样当编译器处理函数定义时，Even和Odd都是完整类型，就能满足协变返回的要求了。

修改后的代码如下：

class Number {
public:
    virtual ~Number () = default;
    virtual Number const * increment()const = 0;
};

// 前向声明两个子类
class Even;
class Odd : public Number {
public:
    // 只声明函数，不定义
    Even const * increment()const override;
};

class Even : public Number {
public:
    // 同样只声明
    Odd const * increment()const override;
};

// 现在两个类都完整了，定义函数
Even const * Odd::increment()const {
    // 这里写你的实现逻辑，比如返回一个Even实例
    return new Even();
}

Odd const * Even::increment()const {
    // 这里写你的实现逻辑
    return new Odd();
}

这样调整后，Clang 11和VS2015都能正常编译，同时完全保留了协变返回类型的特性。

替代实现建议（如果调整顺序有困难） #

如果因为某些限制无法调整类的定义顺序，你也可以暂时返回基类Number const*，然后在调用端通过dynamic_cast转换到具体的子类类型。不过这种方式会失去协变返回带来的类型安全优势，需要额外的运行时检查，所以只推荐在特殊场景下使用。

示例代码：

class Number {
public:
    virtual ~Number () = default;
    virtual Number const * increment()const = 0;
};

class Odd : public Number {
public:
    Number const * increment()const override;
};

class Even : public Number {
public:
    Number const * increment()const override;
};

// 定义函数
Number const * Odd::increment()const {
    return new Even();
}

Number const * Even::increment()const {
    return new Odd();
}

// 调用端
void example() {
    Odd const* odd = new Odd();
    // 转换到Even类型
    Even const* even = dynamic_cast<Even const*>(odd->increment());
    if (even) {
        // 处理Even实例
    }
}

不过还是优先推荐第一种方法，因为它更符合C++的类型安全设计。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Myon