C++面向对象——C++高级主题

强制类型转换

static_cast、interpret_cast、const_cast 和 dynamic_cast

static_cast

static_cast用来进行比较“自然”和低风险的转换，比如整型和实数型、字符型之间互相转换。

static_cast不能在不同类型的指针之间互相转换，也不能用于整型和指针之间的互相转换，也不能用于不同类型的引用之间的转换。

static_cast 示例

#include
using namespace std;
class A {
     
public:
	operator int() {
      return 1; }
	operator char* () {
      return NULL; }
};
int main() {
     
	A a;
	int n; 
	const char* p = "New Dragon Inn";
	n = static_cast<int>(3.14); //n的值变为3
	n = static_cast<int>(a); //调用a.operator int,n的值变为1
	p = static_cast<char*>(a); //调用a.operator char*,p的值变为NULL
	n = static_cast<int>(p); //编译错误，static_cast不能将指针转换成整型
	p = static_cast<char*>(n); //编译错误，static_case不能将整型转换成指针
	return 0;
}

reinterpret_cast

reinterpret_cast用来进行各种不同类型的指针之间的转换、不同类型的引用之间的转换、以及指针和能容纳得下指针的整数类型（字节=>4）之间的转换。转换的时候，执行的是逐个比特拷贝的操作。

reinterpret_cast示例

#include
using namespace std;
class A {
     
public:
	int i;
	int j;
	A(int n) :i(n), j(n){
      }
};
int main() {
     
	A a(100);
	int& r = reinterpret_cast<int&>(a); //强行让r引用a
	r = 200; //把a.i变成了200。
	//A是8字节的，r是4字节，所以r引用的是a.i而不是a.j。
	cout << a.i << "," << a.j << endl; //输出 200，100
	int n = 300;
	A* pa = reinterpret_cast<A*>(&n); //强行让pa指向n
	pa->i = 400;    //n变成400
	pa->j = 500; //此条语句不安全，很可能导致程序崩溃
	cout << n << endl; //输出 400
	long long la = 0x12345678abcdLL;
	pa = reinterpret_cast<A*>(la); //la太长，只取低32位0x5678abcd拷贝给pa
	unsigned int u = reinterpret_cast<unsigned int>(pa); //pa逐个比特拷贝到u
	cout << hex << u << endl; //输出 5678abcd
	typedef void(*PF1)(int);
	typedef int(*PF2)(int, char*);
	PF1 pf1;		PF2 pf2;
	pf2 = reinterpret_cast<PF2>(pf1); //两个不同类型的函数指针之间可以互相转换
	return 0;
}
// 输出结果：
// 200, 100
// 400
// 5678abcd

const_cast

用来进行去除const属性的转换。将const引用转换成同类型的非const引用，将const指针转换为同类型的非const指针时用它。例如：

const string s = "Inception";
string& p = const_cast<string&>(s);
string* ps = const_cast<string*>(&s); //&s的类型是const string*

dynamic_cast

• dynamic_cast专门用于将多态基类的指针或引用，强制转换为派生类的指针或引用，而且能够检查转换的安全性。对于不安全的指针转换，转换结果返回NULL指针。
• dynamic_cast不能用于将非多态基类的指针或引用，强制转换为派生类的指针或引用

dynamic_cast示例

#include
#include
using namespace std;
class Base {
     
	//有虚函数，因此是多态基类
public:
	virtual~Base(){
      }
};
class Derived:public Base{
      };
int main() {
     
	Base b;
	Derived d;
	Derived* pd;
	pd = reinterpret_cast<Derived*>(&b);
	if (pd == NULL) //此处pd不会为NULL。
	//reinterpret_cast不检查安全性，总是进行转换
		cout << "unsafe reinterpret_cast" << endl;
		//不会执行
	pd = dynamic_cast<Derived*>(&b);
	if (pd == NULL)
		//结果会是NULL，因为&b不是指向派生类对象，此转换不安全
		cout << "unsafe dynamic_cast1" << endl; //会执行
	Base* pb = &d;
	pd = dynamic_cast<Derived*>(pb); //安全的转换
	if (pd == NULL) //此处pd不会为NULL
		cout << "unsafe dynamic_cast2" << endl; //不会执行

		return 0;
}
// 输出结果：
// unsafe dynamic_cast1

Derived&r=dynamic_cast<Derived&>(b);
//b是基类的对象，即基类的引用。

那该如何判断该转换是否安全？

答案：不安全则抛出异常

异常处理

– 程序运行中总难免发生错误

• 数组元素的下标超界、访问NULL指针
• 除数为0
• 动态内存分配new需要的存储空间太大
• …

– 引起这些异常情况的原因：

• 代码质量不高，存在BUG
• 输入数据不符合要求
• 程序的算法设计时考虑不周到
• …

– 我们总希望在发生异常情况时

• 不只是简单地终止程序运行
• 能够反馈异常情况的信息：哪一段代码发生的、什么异常
• 能够对程序运行中已发生的事情做些处理：取消对输入文件的改动、释放已经申请的系统资源

– 通常的做法是：在预计会发生异常的地方，加入相应的代码，但这种做法并不总是适用的

 	......//对文件A进行了相关的操作
	fun(arg,...);//可能发生异常
	......

• caller该如何知道fun(arg,…)是否发生异常
  –没有发生异常，可以继续执行
  –发生异常，应该在结束程序运行前还原对文件A的操作

• fun(arg,…)是别人已经开发好的代码
  – fun(arg,…)的编写者不知道其他人会如何使用这个函数
  – fun(arg,…)会出现在表达式中，通过返回值的方式区分是否发生异常

  • 不符合编写程序的习惯
  • 可能发生多种异常，通过返回值判断也很麻烦

• 需要一种手段
  – 把异常与函数的接口分开，并且能够区分不同的异常
  – 在函数体外捕获所发生的异常，并提供更多的异常信息

用try、catch处理异常

#include
using namespace std;
int main() {
     
	double m, n;
	cin >> m >> n;
	try {
     
		cout << "before dividing." << endl;
		if (n == 0)
			throw - 1; //抛出int类型异常
		else
			cout << m / n << endl;
		cout << "after dividing." << endl;
	}
	catch (double d) {
     
		cout << "catch(double)" << d << endl;
	}
	catch (int e) {
     
		cout << "catch(int)" << e << endl;
	}
	cout << "finished" << endl;
	return 0;
}
// 输出：
// 9  6 
// before dividing.
// 1.5
// after dividing.
// finished

//捕获任何异常的catch块
#include
using namespace std;
int main() {
     
	double m, n;
	cin >> m >> n;
	try {
     
		cout << "before dividing." << endl;
		if (n == 0)
			throw - 1; //抛出整型异常
		else if (m == 0)
			throw - 1.0; //抛出double型异常
		else
			cout << m / n << endl;
		cout << "after dividing." << endl;
	}
	catch (double d) {
     
		cout << "catch(double)" << d << endl;
	}
	catch (...) {
      //胜任任何异常
		cout << "catch(...)" << endl;
	}
	cout << "finished" << endl;
	return 0;
}
// 输出：
// 9 0
// before dividing.
// catch (...)
// finished

// 0 6
// before dividing.
// catch (double)-1
// finished

异常的再抛出

如果一个函数在执行的过程中，抛出的异常在本函数内就被catch块捕获并处理了，那么该异常就不会抛给这个函数的调用者（也称“上一层的函数”）；如果异常在本函数中没被处理，就会被抛给上一层的函数。

#include
#include
using namespace std;
class CException {
     
public:
	string msg;
	CException(string s) :msg(s){
      } //构造函数
};
double Devide(double x, double y) {
     
	if (y == 0)
		throw CException("devided by zero"); 
	//抛出异常，直接跳到下面的catch(CException e){}处
	cout << "in Devide" << endl;
	return x / y;
}
int CountTax(int salary) {
     
	try {
     
		if (salary < 0)
			throw - 1;
		cout << "counting tax" << endl;
	}
	catch (int) {
     
		cout << "salary<0" << endl;
	}
	cout << "tax counted" << endl;
	return salary * 0.15;
}
int main() {
     
	double f = 1.2;
	try {
     
		CountTax(-1);
		f = Devide(3, 0);
		cout << "end of try block" << endl;
	}
	catch (CException e) {
     
		cout << e.msg << endl;
	}
	cout << "f=" << f << endl; 
	cout << "finished" << endl;
	return 0;
}
// 输出结果：
//	salary < 0
//	tax counted
//	devided by zero
//	f = 1.2
//	finished

C++标准异常类

• C++标准库中有一些类代表异常，这些类都是从exception类派生而来。常用的几个异常类如下：
  • bad_typeid
  • bad_cast
  • bad_alloc
  • ios_base::failure
  • logic_error ——> out_of_range

bad_cast (类型转换)

在用dynamic_cast进行从多态基类对象（或引用），到派生类的引用的强制类型的转换时，如果转换是不安全的，则会抛出此异常。

#include
#include
#include
using namespace std;
class Base {
     
	virtual void func(){
      }
};
class Derived :public Base {
     
public:
	void Print(){
      }
};
void PrintObj(Base& b) {
     
	try {
     
		Derived& rd = dynamic_cast<Derived&>(b);
		//此转换若不安全，会抛出bad_cast异常
		rd.Print(); //异常时此句会被跳过
	}
	catch (bad_cast & e) {
     
		cerr << e.what() << endl; //cerr是标准输出
	};
}
int main(){
     
	Base b;
	PrintObj(b);
	return 0;
}
// 输出：Bad dynamic_cast!

bad_alloc

在用new运算符进行动态内存分配时，如果没有足够的内存，则会引发此异常

#include
#include
using namespace std;
int main() {
     
	try {
     
		char* p = new char[0x7fffffff]; //无法分配这么多空间，会抛出异常
	}
	catch (bad_alloc & e) {
     
		cerr << e.what() << endl;
	}
	return 0;
}
// 输出：bad allocation

out_of_range

用vector或string的at成员函数根据下标访问元素时，如果下标越界，就会抛出此异常。例如：

#include
#include
#include
#include
using namespace std;
int main() {
     
	vector<int>v(10);
	try {
     
		v.at(100) = 100; //抛出out_of_range异常
	}
	catch (out_of_range & e) {
     
		cerr << e.what() << endl;
	}
	string s = "hello";
	try {
     
		char c = s.at(5); //抛出out_of_range异常
	}
	catch (out_of_range & e) {
     
		cerr << e.what() << endl;
	}
	return 0;
}
// 输出：
//	invalid vector subscript
//	invalid string position