【C++专题】static_cast, dynamic_cast, const_cast探讨

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。 把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。