C++的類型轉換:static_cast、dynamic_cast、reinterpret_cast和const_cast

在C++中,存在類型轉換,通常意味着存在缺陷(並非絕對)。所以,對於類型轉換,有如下幾個原則:
(1)儘量避免類型轉換,包括隱式的類型轉換
(2)如果需要類型轉換,儘量使用顯式的類型轉換,在編譯期間轉換
(3)避免使用reinterpret_cast和老式的強制類型轉換操作符
通常,隱式的類型轉換會導致警告,需要重視這些警告,並使用顯式的類型轉換代替,例如static_cast代替一些算術類型轉換。

在C++中,對象的類型通常有如下幾種:
(一)內置類型,如int ,bool ,枚舉類型等
(二)自定義類型  (1)數組類型 (2)指針類型 (3)引用類型 (4)類類型(結構類型)(5)聯合類型
  對於內置類型,存在一組標準類型轉換(也叫算術類型轉換)。算術類型轉換的核心包括兩點:
(1)有符號類型和無符號類型的轉換----如果存在無符號類型,那麼其他類型也需要提升至無符號類型
(2)整型提升原則----對於比int小的整型,全部提升爲int類型進行計算
(3)提升到最寬類型原則----對於自定義類型,其中類類型的轉換是依靠轉換操作符來進行。指針類型、引用類型和數組類型的轉換在後面進行講解。
1. 隱式類型轉換
編譯器在必要時將隱式類型轉換應用到內置類型和類類型的對象上,通常在下面三種情況下發生隱式類型轉換:
(1)混合類型表達式中,其操作數要轉換爲相同類型
(2)用作條件的表達式被轉換爲bool類型
(3)用表達式初始化或者賦值變量時,表達式被轉換爲該變量的類型
(4)函數調用時,形參和返回值都可能發生隱式類型轉換
(5)指針的轉換:
  a、數組通常轉換爲指向第一個元素的指針()
  b、指向任意數據類型的指針可以轉換爲void*類型的指針
  c、0可以轉換爲任意類型的指針
(6)枚舉類型轉換爲整型
(7)非const對象轉換爲const對象
(8)由標準庫(自定義)定義的轉換

2. 顯式類型轉換(強制轉換):不提倡使用舊式的強制類型轉換
使用強制類型轉換可能的原因:
1)要覆蓋通常的標準轉換(隱式)
2)可能存在多種轉換,需要選擇一種特定的轉換
3)不存在隱式類型轉換,單由必須進行類型轉換

常見四種顯示轉換方式如下所示,且先從功能強弱上排個序,從強到弱應該是:reinterpret_cast,舊式轉換,static_cast,dynamic_cast。

(1)static_cast
用法:static_cast < type-id > ( exdivssion ) 
該運算符把exdivssion轉換爲type-id類型,但沒有運行時類型檢查來保證轉換的安全性。它主要有如下幾種用法:
①用於類層次結構中基類和子類之間指針或引用的轉換。
  a. 進行上行轉換(把子類的指針或引用轉換成基類表示)是安全的;
  b. 進行下行轉換(把基類指針或引用轉換成子類表示)時,由於沒有動態類型檢查,所以是不安全的。
②用於基本數據類型之間的轉換,如把int轉換成char,把int轉換成enum。這種轉換的安全性也要開發人員來保證。
③把空指針轉換成目標類型的空指針。
④把任何類型的表達式轉換成void類型。
注意:static_cast不能轉換掉exdivssion的const、volitale、或者__unaligned屬性。

(2) dynamic_cast
用法:dynamic_cast < type-id > ( exdivssion )
該運算符把exdivssion轉換成type-id類型的對象。Type-id必須是類的指針、類的引用或者void *;
如果type-id是類指針類型,那麼exdivssion也必須是一個指針,如果type-id是一個引用,那麼exdivssion也必須是一個引用。
注意:dynamic_cast主要用於類層次間的上行轉換和下行轉換,還可以用於類之間的交叉轉換。
在類層次間進行上行轉換時,dynamic_cast和static_cast的效果是一樣的;
在進行下行轉換時,dynamic_cast具有類型檢查的功能,比static_cast更安全。
class B{
public:
int m_iNum;
virtual void foo();
};
class D:public B{
public:
char *m_szName[100];
};
void func(B *pb){
D *pd1 = static_cast(pb);
D *pd2 = dynamic_cast(pb);
}
在上面的代碼段中,如果pb指向一個D類型的對象,pd1和pd2是一樣的,並且對這兩個指針執行D類型的任何操作都是安全的;
但是,如果pb指向的是一個B類型的對象,那麼pd1將是一個指向該對象的指針,對它進行D類型的操作將是不安全的(如訪問m_szName),
而pd2將是一個空指針。
另外要注意:B要有虛函數,否則會編譯出錯;static_cast則沒有這個限制。
這是由於運行時類型檢查需要運行時類型信息,而這個信息存儲在類的虛函數表(關於虛函數表的概念,詳細可見)中,只有定義了虛函數的類纔有虛函數表,沒有定義虛函數的類是沒有虛函數表的。
另外,dynamic_cast還支持交叉轉換(cross cast)。如下代碼所示。
class A{
public:
int m_iNum;
virtual void f(){}
};
class B:public A{
};
class D:public A{
};
void foo(){
B *pb = new B;
pb->m_iNum = 100;

D *pd1 = static_cast(pb); //compile error
D *pd2 = dynamic_cast(pb); //pd2 is NULL
delete pb;
}
在函數foo中,使用static_cast進行轉換是不被允許的,將在編譯時出錯;而使用 dynamic_cast的轉換則是允許的,結果是空指針。

(3)reinterpret_cast
用法:reinterpret_cast (exdivssion)
type-id必須是一個指針、引用、算術類型、函數指針或者成員指針。
它可以把一個指針轉換成一個整數,也可以把一個整數轉換成一個指針(先把一個指針轉換成一個整數,在把該整數轉換成原類型的指針,還可以得到原先的指針值)。該運算符的用法比較多。

(4) const_cast 
用法:const_cast (exdivssion)
該運算符用來修改類型的const或volatile屬性。除了const 或volatile修飾之外, type_id和exdivssion的類型是一樣的。
常量指針被轉化成非常量指針,並且仍然指向原來的對象;
常量引用被轉換成非常量引用,並且仍然指向原來的對象;常量對象被轉換成非常量對象。

Voiatile和const類試。舉如下一例:
class B{
public:
int m_iNum;
}
void foo(){
const B b1;
b1.m_iNum = 100; //comile error
B b2 = const_cast(b1);
b2. m_iNum = 200; //fine
}
上面的代碼編譯時會報錯,因爲b1是一個常量對象,不能對它進行改變;
使用const_cast把它轉換成一個常量對象,就可以對它的數據成員任意改變。注意:b1和b2是兩個不同的對象。
範例:
== ===========================================
== dynamic_cast .vs. static_cast 
== ===========================================
class B { ... }; 
class D : public B { ... };
void f(B* pb) 
{
D* pd1 = dynamic_cast(pb);
D* pd2 = static_cast(pb); 
}
 dynamic_cast可用於繼承體系中的向下轉型,即將基類指針轉換爲派生類指針,比static_cast更嚴格更安全。dynamic_cast在執行效率上比static_cast要差一些,但static_cast在更寬上範圍內可以完成映射,這種不加限制的映射伴隨着不安全性。static_cast覆蓋的變換類型除類層次的靜態導航以外,還包括無映射變換、窄化變換(這種變換會導致對象切片,丟失信息)、用VOID*的強制變換、隱式類型變換等...



================================================================
一、dynamic_cast<type-id>(expression)
將expression轉化爲具有type-id型的指針。type-id必須是一個指針、引用(一個已經定義的類)或者void指針。如果是個指針,expression也必須是個指針或者引用。

a. 如果type-id是expression的直接或間接基類指針,結果將是指向該expression實體的type-id類型指針。這稱作"upcast"。比如:
class B {...}; 
class C : public B {...}; 
class D : public C {...}; 

void f (D *pD) 

C* pc = dynamic_cast<C*>(pD); // ok 
B* pb = dynamic_cast<B*>(pD); // ok 


b.如果type-id是void *,那麼運行時將檢查expression的實際類型。其結果是指向expression完整實體的一個指針。如: 
class A { ... };
class B { ... };

void f() 

A* pa = new A; 
B* pb = new B; 
void* pv = dynamic_cast<void*>(pa); 
// pv指向A一個對象 
... 
pv = dynamic_cast<void*>(pb); 
// pv 指向 B的一個對象 


c.如果type-id不是void *,將在運行時檢查expression對象是否可以被轉型爲type-id。
c-1.如果expression是type-id的一個基類,那麼將在運行時檢查expression是否指向type-id一個完整對象。如果是,結果就是該對象的指針。否則出錯。如:
class B {...}; 
class D : public B {...}; 
void f() 

B *pB = new D; 
B *pB2 = new B; 

D *pD = dynamic_cast<D*> (pB); // ok. 
D *pD2 = dynamic_cast<D*> (pB2) // error. 

上面稱作"downcast" 
c-2.如果是多重繼承,比如: 
class A {...}; 
class B : public A {...}; // B繼承自A 
class C : public A {...}; // C繼承自A 
class D : public B, public C {...}; // D繼承自B, C 
此時指向D的指針可以安全的cast爲B或者C(見上),不過如果將其cast到A該怎麼辦呢?這樣嗎? 
D *pD = new D; 
A *pA = dynamic_cast <A*> (pD); //error.不知道指向哪個A. 
這時我們可以先轉型爲B(或C),然後間接批向A。如下 
B *pB = dynamic_cast <B*> (pD); 
A *pA = dynamic_cast <A*> (pB); // ok 

c-3.虛擬繼承的情況
class A {...} // 以後就直接簡寫作class name了 
class B : vitual public A; 
class C : public B; 
class D : public B; 
class E : publc C, public D; 
如果E的實體或者A的子對象想要轉型爲B將會是失敗的(原因見上),這時你需要先轉型爲一個完整的E對象,然後逐層進行明確的轉型操作。

c-4. 
class A; 
class B : public A; 
class C : public A; 
class D; 
class E : public B, public C, publc D; 

假如E的一個對象和D子對象的一個指針,想要從D的子對象中得到A的子對象,需要三個轉換。 
先將D類型的指針轉型爲E型的一個指針,然後再逐層轉型到A。如 
void f (D *pD) 

E *pE = dynamic_cast <E*> (pD); 
B *pB = dynamic_cast <B*> (pE); 
// 或者 B *pB = pe; 
A *pA = dynamic_cast <A*> (pB); 
// or A *pA = pB; 
}

c-5. (十字)交叉轉換(cross cast)。
如上例中從B(或子類)與D(或子類)的互相轉型。

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