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static_cast、dynamic_cast reinterpret_cast和const_
阅读量:4135 次
发布时间:2019-05-25

本文共 5087 字,大约阅读时间需要 16 分钟。

参考:

首先回顾一下C++类型转换:

C++类型转换分为:隐式类型转换和显式类型转换

第1部分. 隐式类型转换

又称为“标准转换”,包括以下几种情况:

1) 算术转换(Arithmetic conversion) : 在混合类型的
算术表达式
中, 最宽的数据类型成为目标转换类型。

 

int
 ival 
=
 
3
;
double
 dval 
=
 
3.14159
;

ival 
+
 dval;
//
ival被提升为double类型

2)一种类型表达式赋值给另一种类型的对象:目标类型是被赋值对象的类型

int
 
*
pi 
=
 
0
//
 0被转化为int *类型

ival 
=
 dval; 
//
 double->int

例外:void指针赋值给其他指定类型指针时,不存在标准转换,编译出错

3)将一个表达式作为实参传递给函数调用,此时形参和实参类型不一致:目标转换类型为形参的类型

extern
 
double
 sqrt(
double
);

cout 
<<
 
"
The square root of 2 is 
"
 
<<
 sqrt(
2
<<
 endl;
//
2被提升为double类型:2.0

4)从一个函数返回一个表达式,表达式类型与返回类型不一致:目标转换类型为函数的返回类型

double
 difference(
int
 ival1, 
int
 ival2)
{

    
return
 ival1 
-
 ival2;
    
//
返回值被提升为double类型

}


第2部分. 显式类型转换

被称为“强制类型转换”(cast)

C     风格: (type-id)

C++风格: 
static_cast
dynamic_cast
reinterpret_cast
、和
const_cast..

 

 
关于强制类型转换的问题,很多书都讨论过,写的最详细的是C++ 之父的《C++ 的设计和演化》。最好的解决方法就是不要使用C风格的强制类型转换,而是使用标准C++的类型转换符:static_cast, dynamic_cast。标准C++中有四个类型转换符:
static_cast
dynamic_cast
reinterpret_cast、和
const_cast。下面对它们一一进行介绍。


static_cast


用法:
static_cast < type-id > ( expression )


说明:该运算符把expression转换为type-id类型,但没有运行时类型检查来保证转换的安全性。


来源:为什么需要static_cast强制转换?

情况1:void指针->其他类型指针

情况2:改变通常的标准转换

情况3:避免出现可能多种转换的歧义



它主要有如下几种用法:
  • 用于类层次结构中基类和子类之间指针或引用的转换。进行上行转换(把子类的指针或引用转换成基类表示)是安全的;进行下行转换(把基类指针或引用转换成子类指针或引用)时,由于没有动态类型检查,所以是不安全的。
  • 用于基本数据类型之间的转换,如把int转换成char,把int转换成enum。这种转换的安全性也要开发人员来保证。
  • void指针转换成目标类型的指针(不安全!!)
  • 把任何类型的表达式转换成void类型。
注意:static_cast不能转换掉expression的const、volitale、或者__unaligned属性。


dynamic_cast


用法:
dynamic_cast < type-id > ( expression )


说明:该运算符把expression转换成type-id类型的对象。Type-id必须是类的指针、类的引用或者void *;如果type-id是类指针类型,那么expression也必须是一个指针,如果type-id是一个引用,那么expression也必须是一个引用。


来源:为什么需要dynamic_cast强制转换?

简单的说,当无法使用virtual函数的时候


典型案例:

Wicrosoft公司提供给我们一个类库,其中提供一个类Employee.以头文件Eemployee.h和类库.lib分发给用户

显然我们并无法得到类的实现的源代码

//
Emplyee.h

class
 Employee 
{

public
:
    
virtual
 
int
 salary();
};

class
 Manager : 
public
 Employee
{

public

    
int
 salary();
};

class
 Programmer : 
public
 Employee
{

public
:
    
int
 salary();
};

我们公司在开发的时候建立有如下类:

class
 MyCompany
{

public
:
    
void
 payroll(Employee 
*
pe);
    
//

};

void
 MyCompany::payroll(Employee 
*
pe)
{

    
//
do something

}

但是开发到后期,我们希望能增加一个bonus()的成员函数到W$公司提供的类层次中。

假设我们知道源代码的情况下,很简单,增加虚函数:

//
Emplyee.h

class
 Employee 
{

public
:
    
virtual
 
int
 salary();
    
virtual
 
int
 bonus();
};

class
 Manager : 
public
 Employee
{

public

    
int
 salary();
};

class
 Programmer : 
public
 Employee
{

public
:
    
int
 salary();
    
int
 bonus();
};

//
Emplyee.cpp


int
 Programmer::bonus()
{

    
//

}
payroll()通过多态来调用bonus()

class
 MyCompany
{

public
:
    
void
 payroll(Employee 
*
pe);
    
//

};

void
 MyCompany::payroll(Employee 
*
pe)
{

    
//
do something
    //pe->bonus();
}

但是现在情况是,我们并不能修改源代码,怎么办?dynamic_cast华丽登场了!

在Employee.h中增加bonus()声明,在另一个地方定义此函数,修改调用函数payroll().重新编译,ok

//
Emplyee.h

class
 Employee 
{

public
:
    
virtual
 
int
 salary();
};

class
 Manager : 
public
 Employee
{

public

    
int
 salary();
};

class
 Programmer : 
public
 Employee
{

public
:
    
int
 salary();
    
int
 bonus();
//
直接在这里扩展

};

//
somewhere.cpp


int
 Programmer::bonus()
{

    
//
define

}

class
 MyCompany
{

public
:
    
void
 payroll(Employee 
*
pe);
    
//
};

void
 MyCompany::payroll(Employee 
*
pe)
{

    Programmer 
*
pm 
=
 dynamic_cast
<
Programmer 
*>
(pe);
    
    
//
如果pe实际指向一个Programmer对象,dynamic_cast成功,并且开始指向Programmer对象起始处

    
if
(pm)
    {

        
//
call Programmer::bonus()

    }
    //如果pe不是实际指向Programmer对象,dynamic_cast失败,并且pm = 0
    
else

    {

        
//
use Employee member functions

    }
}



dynamic_cast主要用于类层次间的上行转换和下行转换,还可以用于类之间的交叉转换。


在类层次间进行上行转换时,dynamic_cast和static_cast的效果是一样的;在进行
下行转换时,
dynamic_cast具有类型检查的功能,比static_cast更安全。
class
 Base
{

public
:
    
int
 m_iNum;
    
virtual
 
void
 foo();
};

class
 Derived:
public
 Base
{

public
:
    
char
 
*
m_szName[
100
];
};

void
 func(Base 
*
pb)
{

    Derived 
*
pd1 
=
 static_cast
<
Derived 
*>
(pb);

    Derived 
*
pd2 
=
 dynamic_cast
<
Derived 
*>
(pb);
}

在上面的代码段中,

如果pb实际指向一个Derived类型的对象,pd1和pd2是一样的,并且对这两个指针执行Derived类型的任何操作都是安全的;

如果pb实际指向的是一个Base类型的对象,那么pd1将是一个指向该对象的指针,对它进行Derived类型的操作将是不安全的(如访问m_szName),而pd2将是一个空指针(即0,因为dynamic_cast失败)。

另外要注意:Base要有虚函数,否则会编译出错;static_cast则没有这个限制。这是由于运行时类型检查需要运行时类型信息,而这个信息存储在类的虚函数表(关于虚函数表的概念,详细可见<Inside c++ object model>)中,只有定义了虚函数的类才有虚函数表,没有定义虚函数的类是没有虚函数表的。


另外,
dynamic_cast还支持交叉转换(cross cast)。如下代码所示。

class
 Base
{

public
:
    
int
 m_iNum;
    
virtual
 
void
 f(){}
};



class
 Derived1 : 
public
 Base
{


};

class
 Derived2 : 
public
 Base
{


};

void
 foo()
{

    derived1 
*
pd1 
=
 
new
 Drived1;

    pd1
->
m_iNum 
=
 
100
;

    Derived2 
*
pd2 
=
 static_cast
<
Derived2 
*>
(pd1); 
//
compile error


    Derived2 
*
pd2 
=
 dynamic_cast
<
Derived2 
*>
(pd1); 
//
pd2 is NULL


    delete pd1;
}

在函数foo中,使用
static_cast进行转换是不被允许的,将在编译时出错;而使用 
dynamic_cast的转换则是允许的,结果是空指针。


reinpreter_cast


用法:
reinpreter_cast<type-id> (expression)


说明:type-id必须是一个指针、引用、算术类型、函数指针或者成员指针。它可以把一个指针转换成一个整数,也可以把一个整数转换成一个指针(先把一个指针转换成一个整数,在把该整数转换成原类型的指针,还可以得到原先的指针值)。


该运算符的用法比较多。


const_cast


用法:
const_cast<type_id> (expression)


说明:该运算符用来修改类型的const或volatile属性。除了const 或volatile修饰之外, type_id和expression的类型是一样的。


常量指针被转化成非常量指针,并且仍然指向原来的对象;常量引用被转换成非常量引用,并且仍然指向原来的对象;常量对象被转换成非常量对象。


Voiatile和const类试。举如下一例:

class B{


public:


int m_iNum;


}


void foo(){


const B b1;


b1.m_iNum = 100; //comile error


B b2 = const_cast<B>(b1);


b2. m_iNum = 200; //fine

}

上面的代码编译时会报错,因为b1是一个常量对象,不能对它进行改变;使用const_cast把它转换成一个常量对象,就可以对它的数据成员任意改变。注意:b1和b2是两个不同的对象。
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