强制转换是运行时的事情。编译器可以在编译期间检查它们，但实际的类型转换发生在运行时
不，除了dynamic_cast之外，所有类型转换都是纯编译时构造，毕竟在C中运行时（几乎）没有类型。
上转换（例如Foo f = Bar()），无论是显式还是隐式，都应该始终有效
是的，向上投射是安全的。
向下强制转换（例如Bar b = Foo()）在C中是禁止的，尽管我们可以通过使用static_cast强制执行该强制转换
不，不禁止，只是有一些重要的规则。有些类型转换是隐式的，有些必须显式请求。
情况1：这是未定义行为（UB），因为b没有指向真正的Bar对象。此强制转换假设用户知道他们在做什么，可能是因为他们有一些关于对象真实类型的外部信息，尽管这里不是这样。
情况2：你已经触发了UB，任何事情都可能发生。在这种情况下，编译器可能只是调用bar，并将b作为this指针传递。这当然是不正确的，但这是你的问题。由于该方法不使用this指针，因此没有太多需要中断的地方。
案例3：现在你真的深入研究了这个UB，编译器可能只是计算了this+offsetof(Bar,i)，并假设地址指向一个整数，事实上它不是，这是你的问题，因为你违背了向下转换到正确类型的承诺。

我想这个问题是关于这是如何发生的，而不是 C++ 标准说应该发生什么。
让我们看看在一个没有优化的针对x64编译的example program中发生了什么（和你做的一样）：

#include <iostream>

class Foo {
public:
  Foo() {}
};

// Bar is a subclass of Foo
class Bar : public Foo {
public:
  Bar() : Foo() {}
  void bar() { std::cout << "bar" << std::endl; }
  void bar2() { std::cout << "bar with " << i << std::endl; }

private:
  int i = 0;
};

int main() {
  Foo f;
  Bar &b = static_cast<Bar &>(f);
  b.bar2();
  return 0;
}

装配中的相关部件：

_ZN3Bar4bar2Ev:
        push    rbp
        mov     rbp, rsp
        sub     rsp, 16
        mov     QWORD PTR [rbp-8], rdi
        mov     esi, OFFSET FLAT:.LC0
        mov     edi, OFFSET FLAT:_ZSt4cout
        call    _ZStlsISt11char_traitsIcEERSt13basic_ostreamIcT_ES5_PKc
        mov     rdx, rax
        mov     rax, QWORD PTR [rbp-8]
        mov     eax, DWORD PTR [rax]
        mov     esi, eax
        mov     rdi, rdx
        call    _ZNSolsEi
        mov     esi, OFFSET FLAT:_ZSt4endlIcSt11char_traitsIcEERSt13basic_ostreamIT_T0_ES6_
        mov     rdi, rax
        call    _ZNSolsEPFRSoS_E
        nop
        leave
        ret
main:
        push    rbp
        mov     rbp, rsp
        sub     rsp, 16
        lea     rax, [rbp-9]
        mov     rdi, rax
        call    _ZN3FooC1Ev
        lea     rax, [rbp-9]
        mov     QWORD PTR [rbp-8], rax
        mov     rax, QWORD PTR [rbp-8]
        mov     rdi, rax
        call    _ZN3Bar4bar2Ev
        mov     eax, 0
        leave
        ret

这里需要注意的重要事项包括：

• 对bar2的调用被写为call _ZN3Bar4bar2Ev。没有任何东西 * 物理上 * 需要Bar的示例，方法“属于”类是一个高级的错觉，它不像它们实际上在任何真实的意义上被打包在那里。实际上只有一个函数带有一个有趣的（mangled）name，并且它 * 期望 * 一个指向适当类型的对象的指针作为隐藏参数，但是你可以继续违反它的期望，当然，当你这样做的时候可能会发生意想不到的事情，因为bar2将盲目地前进，而不管它接收到什么垃圾作为其隐式this参数。

顺便说一下，虚调用的情况会有一些不同。即使它们不依赖于方法 name，也不会检查你调用方法的对象是否实际上有一个合理的类型。我不会深入讨论虚调用，因为它们不是问题的一部分，你可以阅读一些其他的问答，如How are virtual functions and vtable implemented?。

• bar2访问成员i，如下所示：mov eax, DWORD PTR [rax]，即它从它接收的任何地址的零偏移量加载4字节量（无论bar2接收到什么作为其隐藏的第一个参数，即使它不是地址，也会被mov当作地址使用）。不涉及类型，不涉及成员名，不进行检查。内存是盲目访问的，无论发生什么，都会发生。

这一切都是相当驯服的--即使违反了各种规则，“默认的事情”（就像什么都没有错一样继续，让结果成为“自然”发生的事情）还是发生了。这在没有优化的情况下编译时有点常见（但不是普遍的，也不保证）。甚至在 * 有 * 优化的情况下编译时也可能发生，但你更有可能看到各种各样的编译器恶作剧。