Рассмотрим ситуацию, связанную с не виртуальным базовым классом:
class A { int a; }
class B : public A { int b; }
class C : public A { int c; }
class D : public B, public C { int d; }
Вот возможный макет памяти:
+-------------+
| A: int a; |
+-------------+
| B: int b; |
+-------------+
| A: int a; |
+-------------+
| C: int c; |
+-------------+
| D: int d; |
+-------------+
D заканчивается двумя A подобъектами, поскольку он наследует от B и C, и каждый из них имеет подобъект A.
Указатели на переменные-члены обычно реализуются как целочисленное смещение от начала объекта. В этом случае целочисленное смещение для int a в объекте A равно нулю. Таким образом, «указатель на int a типа A» может быть просто целочисленным смещением нуля.
Чтобы преобразовать «указатель на int a типа A» в «указатель на int a типа B», вам просто нужно целочисленное смещение к подобъекту A, расположенному в B (первый A подобъект).
Чтобы преобразовать «указатель на int a типа A» в «указатель на int a типа C», вам просто нужно целочисленное смещение к подобъекту A, расположенному в C (второй A подобъект).
Поскольку компилятор знает, где B и C относительно A, у компилятора достаточно информации о том, как уменьшить значение с A до B или C.
Теперь рассмотрим ситуацию с виртуальным базовым классом:
struct A { int a; }
struct B : virtual public A { int b; }
struct C : virtual public A { int c; }
struct D : public B, public C { int d; }
Возможное расположение памяти:
+-------------+
| B: ptr to A | ---+
| int b; | |
+-------------+ |
| C: ptr to A | ---+
| int c; | |
+-------------+ |
| D: int d; | |
+-------------+ |
| A: int a; | <--+
+-------------+
Виртуальные базовые классы, как правило, реализуются с помощью B и C (которые фактически являются производными от A), которые содержат указатель на один субобъект A. Указатели на подобъект A являются обязательными, поскольку расположение A относительно B и C не является постоянным.
Если бы у нас был только «указатель на int a типа A», мы не сможем привести его к «указателю на int a типа B», так как расположение подобъекты B и C могут отличаться от A. A не имеет обратных указателей на B и C, поэтому у нас просто недостаточно информации для работы downcast.