static_cast、dynamic_cast、reinterpret_cast、和const_cast

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 )

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。对type_id没有限制,可以为简单类型，复合类型，指针，引用。

 

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表示）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。
• 把空指针转换成目标类型的空指针。
• 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 )

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 * 。（因为只有拥有虚拟函数的类才有动态类型信息。）

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。

 

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 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<D *>(pb);

     D *pd2 = dynamic_cast<D *>(pb);

}

在 上面的代码段中，如果pb指向一个D类型的对象，pd1和pd2是一样的，并且对这两个指针执行D类型的任何操作都是安全的；但是，如果pb指向的是一个 B类型的对象，那么pd1将是一个指向该对象的指针，对它进行D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。另外要注 意：B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 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<D *>(pb); //copile error  

   D *pd2 = dynamic_cast<D *>(pb); //pd2 is NULL  

   delete pb;

}

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)

    type-id必须是一个指针、引用、函数指针或者成员指针 、算术类型（估计就是double，Int，short之类的类型）。

    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) 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类似。

 

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把它转换成一个变量对象，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。

== ===========================================

== dynamic_cast .vs. static_cast == ===========================================

class B { ... };

class D : public B { ... };

void f(B* pb) {

    D* pd1 = dynamic_cast <D*>(pb);

    D* pd2 = static_cast <D*>(pb);

}

If pb really points to an object of type D, then pd1 and pd2 will get the same value. They will also get the same value if pb == 0.

If pb points to an object of type B and not to the complete D class, then dynamic_cast will know enough to return zero. However, static_cast relies on the programmer’s assertion that pb points to an object of type D and simply returns a pointer to that supposed D object.

即 dynamic_cast 可用于继承体系中的向下转型，即将基类指针转换为派生类指针，比 static_cast 更严格更安全。 dynamic_cast 在执行效率上比 static_cast 要差一些，但 static_cast 在更宽上范围内可以完成映射，这种不加限制的映射伴随着不安全性。 static_cast 覆盖的变换类型除类层次的静态导航以外，还包括无映射变换、窄化变换 ( 这种变换会导致对象切片 , 丢失信息 ) 、用 VOID* 的强制变换、隐式类型变换等 ...

== =========================================== == static_cast .vs. reinterpret_cast == ================================================

reinterpret_cast 是为了映射到一个完全不同类型的意思，这个关键词在我们需要把类型映射回原有类型时用到它。我们映射到的类型仅仅是为了故弄玄虚和其他目的，这是所有映射中最危险的。 ( 这句话是 C++ 编程思想中的原话 )

static_cast 和 reinterpret_cast 操作符修改了操作数类型。它们不是互逆的； static_cast 在编译时使用类型信息执行转换，在转换执行必要的检测 ( 诸如指针越界计算 , 类型检查 ). 其操作数相对是安全的。另一方面； reinterpret_cast 仅仅是重新解释了给出的对象的比特模型而没有进行二进制转换， 例子如下：

int n=9;

double d = static_cast < double > (n);

上面的例子中 , 我们将一个变量从 int 转换到 double 。 这些类型的二进制表达式是不同的。 要将整数 9 转换到 双精度整数 9 ， static_cast 需要正确地为双精度整数 d 补足比特位。其结果为 9.0 。

而 reinterpret_cast 的行为却不同 :

int n=9;

double d=reinterpret_cast <double & > (n);

 

这次 , 结果有所不同 . 在进行计算以后 , d 包含无用值 . 这是因为 reinterpret_cast 仅仅是复制 n 的比特位到 d, 没有进行必要的分析 .

因此 , 你需要谨慎使用 reinterpret_cast .