static_cast, dynamic_cast, const_cast笔记

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”，包括如下几种状况：
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。

1 int ival = 3; 2 double dval = 3.14159; 3 ival + dval;//ival被提高为double类型

2)一种类型表达式赋值给另外一种类型的对象：目标类型是被赋值对象的类型

1 int *pi = 0; // 0被转化为int *类型
2 ival = dval; // double->int

例外：void指针赋值给其余指定类型指针时，不存在标准转换，编译出错

3)将一个表达式做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

1 extern double sqrt(double); 2 
3 cout << "The square root of 2 is " << sqrt(2) << endl; 4 //2被提高为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

1 double difference(int ival1, int ival2) 2 { 3     return ival1 - ival2; 4     //返回值被提高为double类型
5 }

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，不少书都讨论过，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：为何须要static_cast强制转换？
状况1：void指针->其余类型指针
状况2：改变一般的标准转换
状况3：避免出现可能多种转换的歧义

 

它主要有以下几种用法：

• 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，因为没有动态类型检查，因此是不安全的。
• 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 *；若是type-id是类指针类型，那么expression也必须是一个指针，若是type-id是一个引用，那么expression也必须是一个引用。

 

来源：为何须要dynamic_cast强制转换？
简单的说，当没法使用virtual函数的时候

典型案例：
Wicrosoft公司提供给咱们一个类库，其中提供一个类Employee.以头文件Eemployee.h和类库.lib分发给用户
显然咱们并没有法获得类的实现的源代码

 1 //Emplyee.h
 2 class Employee  3 {  4 public:  5     virtual int salary();  6 };  7 
 8 class Manager : public Employee  9 { 10 public: 11     int salary(); 12 }; 13 
14 class Programmer : public Employee 15 { 16 public: 17     int salary(); 18 };

咱们公司在开发的时候创建有以下类:

 1 class MyCompany  2 {  3 public:  4     void payroll(Employee *pe);  5     //  6 };  7 
 8 void MyCompany::payroll(Employee *pe)  9 { 10     //do something
11 }

可是开发到后期，咱们但愿能增长一个bonus()的成员函数到W$公司提供的类层次中。
假设咱们知道源代码的状况下，很简单，增长虚函数：

 1 //Emplyee.h
 2 class Employee  3 {  4 public:  5     virtual int salary();  6     virtual int bonus();  7 };  8 
 9 class Manager : public Employee 10 { 11 public: 12     int salary(); 13 }; 14 
15 class Programmer : public Employee 16 { 17 public: 18     int salary(); 19     int bonus(); 20 }; 21 
22 //Emplyee.cpp
23 
24 int Programmer::bonus() 25 { 26     // 27 }

payroll()经过多态来调用bonus()

 1 class MyCompany  2 {  3 public:  4     void payroll(Employee *pe);  5     //  6 };  7 
 8 void MyCompany::payroll(Employee *pe)  9 { 10     //do something 11     //pe->bonus();
12 }

可是如今状况是，咱们并不能修改源代码，怎么办？dynamic_cast华丽登场了！
在Employee.h中增长bonus()声明，在另外一个地方定义此函数，修改调用函数payroll().从新编译，ok

 1 //Emplyee.h
 2 class Employee  3 {  4 public:  5     virtual int salary();  6 };  7 
 8 class Manager : public Employee  9 { 10 public: 11     int salary(); 12 }; 13 
14 class Programmer : public Employee 15 { 16 public: 17     int salary(); 18     int bonus();//直接在这里扩展
19 }; 20 
21 //somewhere.cpp
22 
23 int Programmer::bonus() 24 { 25     //define
26 }

 

 1 class MyCompany  2 {  3 public:  4     void payroll(Employee *pe);  5     //  6 };  7 
 8 void MyCompany::payroll(Employee *pe)  9 { 10     Programmer *pm = dynamic_cast<Programmer *>(pe); 11     
12     //若是pe实际指向一个Programmer对象,dynamic_cast成功，而且开始指向Programmer对象起始处
13     if(pm) 14  { 15         //call Programmer::bonus()
16  } 17     //若是pe不是实际指向Programmer对象，dynamic_cast失败，而且pm = 0
18     else
19  { 20         //use Employee member functions
21  } 22 }

 

dynamic_cast主要用于类层次间的上行转换和下行转换，还能够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的效果是同样的；在进行下行转换时，dynamic_cast具备类型检查的功能，比static_cast更安全。

 1 class Base  2 {  3 public:  4     int m_iNum;  5     virtual void foo();  6 };  7 
 8 class Derived:public Base  9 { 10 public: 11     char *m_szName[100]; 12 }; 13 
14 void func(Base *pb) 15 { 16     Derived *pd1 = static_cast<Derived *>(pb); 17 
18     Derived *pd2 = dynamic_cast<Derived *>(pb); 19 }

在上面的代码段中，
若是pb实际指向一个Derived类型的对象，pd1和pd2是同样的，而且对这两个指针执行Derived类型的任何操做都是安全的；
若是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类型的操做将是不安全的（如访问m_szName），而pd2将是一个空指针(即0，由于dynamic_cast失败)。
另外要注意：Base要有虚函数，不然会编译出错；static_cast则没有这个限制。这是因为运行时类型检查须要运行时类型信息，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）。以下代码所示。

 1 class Base  2 {  3 public:  4     int m_iNum;  5     virtual void f(){}  6 };  7 
 8 
 9 
10 class Derived1 : public Base 11 { 12 
13 }; 14 
15 class Derived2 : public Base 16 { 17 
18 }; 19 
20 void foo() 21 { 22     derived1 *pd1 = new Drived1; 23 
24     pd1->m_iNum = 100; 25 
26     Derived2 *pd2 = static_cast<Derived2 *>(pd1); //compile error
27 
28     Derived2 *pd2 = dynamic_cast<Derived2 *>(pd1); //pd2 is NULL
29 
30  delete pd1; 31 }

在函数foo中，使用static_cast进行转换是不被容许的，将在编译时出错；而使用 dynamic_cast的转换则是容许的，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。它能够把一个指针转换成一个整数，也能够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，还能够获得原先的指针值）。

 

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修饰以外， type_id和expression的类型是同样的。

 

常量指针被转化成很是量指针，而且仍然指向原来的对象；常量引用被转换成很是量引用，而且仍然指向原来的对象；常量对象被转换成很是量对象。

Voiatile和const类试。举以下一例：

 1 class B{  2 
 3 public:  4 
 5 int m_iNum;  6 
 7 }  8 
 9 void foo(){ 10 
11 const B b1; 12 
13 b1.m_iNum = 100; //comile error
14 
15 B b2 = const_cast<B>(b1); 16 
17 b2. m_iNum = 200; //fine
18 }

上面的代码编译时会报错，由于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，就能够对它的数据成员任意改变。注意：b1和b2是两个不一样的对象。