显示转换static_cast、const_cast、reinterpret_cast、dynamic_cast详解

1)  static_cast——静态类型检查
用法：static_cast <typeid> (expression)
说明：该运算符把expression转换为typeid类型，编译时会做类型检查，但没有运行时类型检查来确保转换的安全性。
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
用途：
a）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。
b）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。
c）把void指针转换成目标类型的指针(不安全!!)。
d）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。

2)dynamic_cast
用法：dynamic_cast <typeid> (expression)
说明：该运算符把expression转换成typeid类型的对象。typeid必须是类的指针、类的引用或者void*。如果typeid是类的指针类型，那么expression也必须是指针，如果typeid是一个引用，那么expression也必须是一个引用。一般情况下，dynamic_cast用于具有多态性的类(即有虚函数的类)的类型转换。
dynamic_cast依赖于RTTI（Run-Time Type Information）信息，其次，在转换时，dynamic_cast会检查转换的source对象是否真的可以转换成target类型，这种检查不是语法上的，而是真实情况的检查。先看RTTI相关部分，通常，许多编译器都是通过vtable找到对象的RTTI信息的，这也就意味着，如果基类没有虚方法，也就无法判断一个基类指针变量所指对象的真实类型，这时候，dynamic_cast只能用来做安全的转换,例如从派生类指针转换成基类指针。而这种转换其实并不需要dynamic_cast参与。也就是说,dynamic_cast是根据RTTI记载的信息来判断类型转换是否合法的。
用途：主要用于类层次之间的up-casting和down-casting，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。检测在运行时进行。如果被转换的指针不是一个被请求的有效完整的对象指针，返回值为NULL。当用于多态类型时，它允许任意的隐式类型转换以及相反过程。不过，与static_cast不同，在后一种情况里（注：即隐式转 换的相反过程），dynamic_cast会检查操作是否有效。也就是说，它会检查转换是否会返回一个被请求的有效的完整对象。
注意：dynamic_cast不能转换掉expression的const、volitale或者__unaligned属性。
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。

3) reinterpret_cast
用法：reinterpret_cast <typeid>(expression)
说明：转换一个指针为其他类型的指针，也允许将一个指针转换为整数类型，反之亦然。这个操作符能够在非相关的类型之间进行转换。操作结果只是简单的从一个指针到别的指针的值的二进制拷贝，在类型之间指向的内容不做任何类型的检查和转换。这是一个强制转换。使用时有很大的风险，慎用之。
注意：reinterpret _cast不能转换掉expression的const、volitale或者__unaligned属性。

4)const_cast
用法：const_cast<typeid>(expression)
说明：这个类型操纵传递对象的const属性，或者是设置或者是移除。如：
Class C{…}
const C* a = new C;
C* b = const_cast<C*>(a);
如果将上面的const_cast转换成其他任何其他的转换，编译都不能通过，出错的信心大致如下：

“…cannot convert from 'const class C *' to 'class C *'”。

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。

四种cast方法的典型用法示例：

#include <iostream>
using namespace std;

class Base
{
public:
         int _base;
         virtual void printinfo()
         {
              cout << _base << endl;
         }
};

class Derived : public Base
     {
     public:
         int _derived;
         virtual void printinfo()
         {
              cout << _derived << endl;
         }
     };

     int main(void)
     {
         Base b1;
         Derived d1;
         int aInt = 10;
         long aLong = 11;
         float aFloat = 11.11f;
         double aDouble = 12.12;

         Derived* pd = static_cast<Derived*>(&b1);                           // down-casting          不安全
         Base* pb = static_cast<Base*>(&d1);                                 // up-casting             安全
         Derived& d = static_cast<Derived&>(b1);                             // down-casting          不安全
         Base& b = static_cast<Base&>(d1);                                   // up-casting             安全

         aInt = static_cast<int>(aFloat);                                    // 基本数据类型转换
         void* sth = static_cast<void*>(&aDouble);                           // 将double指针类型转换成void指针类型
         double* bDouble = static_cast<double*>(sth);                    // 将void指针类型转换成double指针类型
         cout << *bDouble << endl;

         Base* pb1 = dynamic_cast<Base*>(&d1);
         //Derived* pd1 = dynamic_cast<Derived*>(&b1);                   // 编译时有warning，运行时出错

         int bInt = reinterpret_cast<int>(pb1);                                    // 将地址或指针转换成整数
         cout << bInt << endl;
         pb1 = reinterpret_cast<Base*>(bInt);                                      // 将整数转换成地址或指针

         int* cInt = reinterpret_cast<int*>(&aFloat);                              // 这个转换的结果会出乎意料
         cout << (int)*cInt << endl;

         const Base* bBase = new Base();
         Base* cBase = const_cast<Base*>(bBase);
         //Base* dBase = dynamic_cast<Base*>(bBase);                 // 不能通过编译
         //Base* eBase = static_cast<Base*>(bBase);                  // 不能通过编译
         //Base* fBase = reinterpret_cast<Base*>(bBase);             // 不能通过编译

         return 0;
}