static_cast<> reinterpret_cast<>揭密

祥细讨论见:

http://www.cnblogs.com/ider/archive/2011/08/01/cpp_cast_operator_part5.html

http://www.cnblogs.com/ider/archive/2011/07/30/cpp_cast_operator_part4.html

http://www.cnblogs.com/ider/archive/2011/07/31/cpp_cast_operator_part3.html

http://www.cnblogs.com/ider/archive/2011/07/31/cpp_cast_operator_part2.html

 

本文讨论static_cast<> 和 reinterpret_cast<>。

介绍
大多程序员在学C++前都学过C，并且习惯于C风格（类型）转换。当写C++（程序）时，有时候我们在使用static_cast<>和reinterpret_cast<>时可能会有点模糊。在本文中，我将说明static_cast<>实际上做了什么，并且指出一些将会导致错误的情况。

泛型（Generic Types）

        float f = 12.3;

        float* pf = &f;
      
// static cast<>

        // 成功编译, n = 12

        int n = static_cast<int>(f);

        // 错误,指向的类型是无关的（译注：即指针变量pf是float类型，现在要被转换为int类型）
        //int* pn = static_cast<int*>(pf);

        //成功编译

        void* pv = static_cast<void*>(pf);

        //成功编译, 但是 *pn2是无意义的内存（rubbish）

        int* pn2 = static_cast<int*>(pv);
      
// reinterpret_cast<>

        //错误,编译器知道你应该调用static_cast<>

        //int i = reinterpret_cast<int>(f);

        //成功编译, 但是 *pn 实际上是无意义的内存,和 *pn2一样

        int* pi = reinterpret_cast<int*>(pf);

简而言之，static_cast<> 将尝试转换，举例来说，如float-到-integer，而reinterpret_cast<>简单改变编译器的意图重新考虑那个对象作为另一类型。

指针类型（Pointer Types）

指针转换有点复杂，我们将在本文的剩余部分使用下面的类：

class CBaseX

      {

      public:

      int x;

      CBaseX() { x = 10; }

      void foo() { printf("CBaseX::foo() x=%d\n", x); }

      };
      
class CBaseY

        {

        public:

        int y;

        int* py;

        CBaseY() { y = 20; py = &y; }

        void bar() { printf("CBaseY::bar() y=%d, *py=%d\n", y, *py); 
        }

        };
      
class CDerived : public CBaseX, public CBaseY

        {

        public:

        int z;

        };

情况1：两个无关的类之间的转换

      // Convert between CBaseX* and CBaseY*

      // CBaseX* 和 CBaseY*之间的转换

      CBaseX* pX = new CBaseX();

      // Error, types pointed to are unrelated

      // 错误， 类型指向是无关的

      // CBaseY* pY1 = static_cast<CBaseY*>(pX);

      // Compile OK, but pY2 is not CBaseX

      // 成功编译, 但是 pY2 不是CBaseX

      CBaseY* pY2 = reinterpret_cast<CBaseY*>(pX);

      // System crash!!

      // 系统崩溃!!

      // pY2->bar();

正如我们在泛型例子中所认识到的，如果你尝试转换一个对象到另一个无关的类static_cast<>将失败，而reinterpret_cast<>就总是成功“欺骗”编译器：那个对象就是那个无关类。

情况2：转换到相关的类

      1. CDerived* pD = new CDerived();

      2. printf("CDerived* pD = %x\n", (int)pD);

      3. 

      4. // static_cast<> CDerived* -> CBaseY* -> CDerived*

      //成功编译，隐式static_cast<>转换

      5. CBaseY* pY1 = pD;

      6. printf("CBaseY* pY1 = %x\n", (int)pY1);

      // 成功编译, 现在 pD1 = pD

      7. CDerived* pD1 = static_cast<CDerived*>(pY1);

      8. printf("CDerived* pD1 = %x\n", (int)pD1);

      9. 

      10. // reinterpret_cast

      // 成功编译, 但是 pY2 不是 CBaseY*

      11. CBaseY* pY2 = reinterpret_cast<CBaseY*>(pD);

      12. printf("CBaseY* pY2 = %x\n", (int)pY2);

      13. 

      14. // 无关的 static_cast<>

      15. CBaseY* pY3 = new CBaseY();

      16. printf("CBaseY* pY3 = %x\n", (int)pY3);

      // 成功编译,尽管 pY3 只是一个 "新 CBaseY()"

      17. CDerived* pD3 = static_cast<CDerived*>(pY3);

      18. printf("CDerived* pD3 = %x\n", (int)pD3);

      ---------------------- 输出 ---------------------------

      CDerived* pD = 392fb8

      CBaseY* pY1 = 392fbc

      CDerived* pD1 = 392fb8

      CBaseY* pY2 = 392fb8

      CBaseY* pY3 = 390ff0

      CDerived* pD3 = 390fec

      

注意：在将CDerived*用隐式 static_cast<>转换到CBaseY*（第5行）时，结果是（指向）CDerived*（的指针向后） 偏移了4（个字节）（译注：4为int类型在内存中所占字节数）。为了知道static_cast<> 实际如何，我们不得不要来看一下CDerived的内存布局。

CDerived的内存布局（Memory Layout）



如图所示，CDerived的内存布局包括两个对象，CBaseX 和 CBaseY，编译器也知道这一点。因此，当你将CDerived* 转换到 CBaseY*时，它给指针添加4个字节，同时当你将CBaseY*转换到CDerived*时，它给指针减去4。然而，甚至它即便不是一个CDerived你也可以这样做。
当然，这个问题只在如果你做了多继承时发生。在你将CDerived转换 到 CBaseX时static_cast<> 和 reinterpret_cast<>是没有区别的。

情况3：void*之间的向前和向后转换

因为任何指针可以被转换到void*，而void*可以被向后转换到任何指针（对于static_cast<> 和 reinterpret_cast<>转换都可以这样做），如果没有小心处理的话错误可能发生。

    CDerived* pD = new CDerived();

        printf("CDerived* pD = %x\n", (int)pD);

      
    CBaseY* pY = pD; // 成功编译, pY = pD + 4

        printf("CBaseY* pY = %x\n", (int)pY);
      
      void* pV1 = pY; //成功编译, pV1 = pY

        printf("void* pV1 = %x\n", (int)pV1);
      
         // pD2 = pY, 但是我们预期 pD2 = pY - 4

        CDerived* pD2 = static_cast<CDerived*>(pV1);

        printf("CDerived* pD2 = %x\n", (int)pD2);

        // 系统崩溃

        // pD2->bar();

        ---------------------- 输出 ---------------------------

        CDerived* pD = 392fb8

        CBaseY* pY = 392fbc

        void* pV1 = 392fbc

        CDerived* pD2 = 392fbc

     

一旦我们已经转换指针为void*，我们就不能轻易将其转换回原类。在上面的例子中，从一个void* 返回CDerived*的唯一方法是将其转换为CBaseY*然后再转换为CDerived*。
但是如果我们不能确定它是CBaseY* 还是 CDerived*，这时我们不得不用dynamic_cast<> 或typeid[2]。

注释：
1. dynamic_cast<>，从另一方面来说，可以防止一个泛型CBaseY* 被转换到CDerived*。
2. dynamic_cast<>需要类成为多态，即包括“虚”函数，并因此而不能成为void*。
参考：
1. [MSDN] C++ Language Reference -- Casting
2. Nishant Sivakumar, Casting Basics - Use C++ casts in your VC++.NET programs
3. Juan Soulie, C++ Language Tutorial: Type Casting
推荐链接：如何在运行时确定对象类型（RTTI）