【C++】类型转换

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C语言中的类型转换

在C语言中，如果 赋值运算符左右两侧类型不同，或者形参与实参类型不匹配，或者返回值类型与接收返回值类型不一致时，就需要发生类型转化，C语言中总共有两种形式的类型转换：隐式类型转换和显式类型转换。

• 隐式类型转换：编译器在编译阶段自动进行，能转就转，不能转就编译失败
• 显式类型转换：需要用户自己处理，以（指定类型）变量的方式进行类型转换。

这里我们需要注意一下：只有相近类型之间才能发生隐式类型转换，比如int和double表示的都是数值，仅仅是表示的范围和精度不同而已。因此int和double类型之间可以进行隐式类型转换。

指针类型表示的是地址编号，因此指针类型和int类型之间不能进行隐式类型转换，如需转换只能显示类型转换。

void main()
{
	int i = 1;
	// 隐式类型转换
	double d = i;
	printf("%d, %.2f\n", i, d);

	// 显示的强制类型转换
	int* p = &i;
	int address = (int)p;
	printf("%x, %d\n", p, address);
}

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为什么C++需要四种类型转换

C风格的类型转换虽然很简单，但也有很多的缺点：

• 隐式类型转换在某些情况下可能会丢失，比如数据精度丢失。
• 显示类型转换将所有情况混合在一起，转换的可视性比较差。

C++为了加强数据类型转换的可视性，引入了四种命名的强制类型转换操作符，static_cast、reinterpret_cast、const_cast、dynamic_cast。

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C++强制类型转换

static_cast

static_cast 用于 非多态类型的转换（静态转换），编译器隐式执行的任何类型转换都可用static_cast，但它不能用于两个不相关的类型进行转换。

int main()
{
	double d = 12.56;
	int a = static_cast<int>(d);
	cout << a << endl;
	return 0;
}

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reinterpret_cast

reinterpret_cast 用于两个不相关类型之间的转换。

int main()
{
	int a = 12;
	//int* p = static_cast(a); // 这里会报错，因为 p和a 是两个不相关类型
	int* p = reinterpret_cast<int*>(a);

	cout << p << endl;
	return 0;
}

reinterpret_cast还有一个非常bug的用法，比如在下面的代码中将带参带返回值的函数指针转换成了无参无返回值的函数指针，并且还可以用转换后函数指针调用这个函数。

typedef void(*FUNC)();
int DoSomething(int i)
{
	cout << "DoSomething: " << i << endl;
	return 0;
}
int main()
{
	FUNC f = reinterpret_cast<FUNC>(DoSomething);
	f();
	return 0;
}

这里我们需要注意的是，因为转换后的函数指针调用该函数时没有传入参数，因此这里打印出参数i的值是一个随机值。

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const_cast

const_cast 用于删除变量的const属性，转换后就可以对const变量的值进行修改了。

int main()
{
	volatile const int a = 2;
	int* p = const_cast<int*>(&a);
	// int* p = (int*)&a;  /* 这样直接进行强转也是可以的 */
	*p = 3;

	cout << a << endl;
	cout << *p << endl;
	return 0;
}

由于编译器认为const修饰的变量是不会被修改的，因此会将const修饰的变量存放到寄存器当中，当需要读取const变量时就会直接从寄存器中进行读取，而我们修改的实际上是内存中的a的值，因此最终打印出a的值是未修改之前的值。

如果不想让编译器将const变量优化到寄存器当中，可以用volatile关键字对const变量进行修饰，这时当要读取这个const变量时编译器就会从内存中进行读取，即保持了该变量在内存中的可见性。

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dynamic_cast

dynamic_cast 用于将一个父类对象的指针/引用转换为子类对象的指针或引用(动态转换)

• 向上转换： 子类的指针（或引用）—> 父类的指针（或引用）。
• 向下转换： 父类的指针（或引用）—> 子类的指针（或引用）。

其中，向上转换就是所说的切割/切片，这种是语法天然支持的，不需要进行转换。而向下转换是语法不支持的，需要进行强制类型转换。

• 如果父类的指针（或引用）指向的是一个父类对象，那么将其转换为子类的指针（或引用）是不安全的，因为转换后可能会访问到子类的资源，而这个资源是父类对象所没有的。
  
• 如果父类的指针（或引用）指向的是一个子类对象，那么将其转换为子类的指针（或引用）则是安全的。
  

使用C风格的强制类型转换进行向下转换是不安全的，因为此时无论父类的指针（或引用）指向的是父类对象还是子类对象，都会进行转换，而使用dynamic_cast进行向下转型则是安全的，如果父类的指针（或引用）指向的是子类对象那么dynamic_cast会转换成功，但如果父类的指针（或引用）指向的是父类对象那么dynamic_cast会转换失败并返回一个空指针。

class A {
public:
	virtual void f()
	{}
};

class B:public A
{};

void func(A* pa, const string& s)
{
	cout << "pa指向" << s << endl;

	B* pb1 = (B*)pa; // 不安全
	B* pb2 = dynamic_cast<B*>(pa); //安全的

	cout << "[强制转换]pb1:" << pb1 << endl;
	cout << "[dynamic_cast转换]pb2:" << pb2 << endl << endl;
}
int main()
{
	A a;
	B b;
	func(&a, "父类对象");
	func(&b, "子类对象");

	return 0;
}

这里我们需要注意的是：dynamic_cast只能用于含有虚函数的类，因为运行时类型检查需要运行时的类型信息，而这个信息是存储在虚函数表中的，只有定义了虚函数的类才有虚函数表。

dynamic_cast 只能用于含有虚函数的类，因为运行时类型检查需要运行时的类型信息，而这个信息是存储在虚函数表中的，只有定义了虚函数的类才有虚函数表。

explict 可以用来修饰构造函数，从而禁止单参数构造函数的隐式类型转换。

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RTTI

RTTI（Run-time Type identification） 的简称，即：运行时类型识别。

C++通过以下方式来支持RTTI：

1. typeid：在运行时识别出一个对象的类型。
2. dynamic_cast：在运行时识别出一个父类的指针（或引用）指向的是父类对象还是子类对象。
3. decitype：在运行时推演出一个表达式或函数返回值的类型。

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常见面试题

C++中的4种类型转化分别是什么？

分别是static_cast、reinterpret_cast、const_cast和dynamic_cast。

说说4种类型转换的应用场景。

• static_cast用于相近类型的类型之间的转换，编译器隐式执行的任何类型转换都可用static_cast。
• reinterpret_cast用于两个不相关类型之间的转换。
• const_cast用于删除变量的const属性，方便赋值。
• dynamic_cast用于安全的将父类的指针（或引用）转换成子类的指针（或引用）。

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