C++雾中风景11:厘清C++类型转换(static_cast,dynamic_cast,reinterpret_cast,const_cast)

C++是一门弱类型的语言，提供了许多复杂和灵巧类型转换的方式。笔者以前写的Python与Go都是强类型的语言，对这种弱类型的设计实在是接受无力啊~~ （ 生活所迫，工做还得写C++啊~~）C++语言提供了四种类型转换的操做：static_cast,dynamic_cast,reinterpret_cast,const_cast，今天就来聊一聊，在C++之中应该如何来使用这些类型转换的。

####1.旧式类型转换

开门见山，先聊聊笔者对类型转换的见解吧。从设计上看，一门面向对象的语言是不同提供类型转换的，这种方式破坏了类型系统。C++为了兼容C也不得不吞下这个苦果，在实际进行编程工做的过程之中，并不太推荐你们使用类型转换。（Java在这里就作了一些妥协，在基本类型之中提供了类型转换。对于对象类型则不提供类型转换这种黑魔法）

C++之中提供了两种类型转换的方式，第一种方式沿用了C语言之中的类型转换，称之为旧式类型转换。提及来也很简单，举个栗子：

char x = 'c';
int y = (int) x;

这是最简单的一个旧式类型转换，一个char类型被装换为一个int类型。可是这种旧式的类型转换是存在问题的：过于粗暴且极易失控，因此C++新提供了四种新式的类型转换来替代旧式的类型转换，这四种类型转换分别用于不用的转换场景，接下来笔者来一一梳理一下它们的用法。

####2.新式的类型转换

C++语言提供了四种新式类型转换的操做： static_cast,dynamic_cast,reinterpret_cast,const_cast，这些操做都依托了C++的模板来使用，标准的用法是

xxx_cast<转换类型>(转换参数)

这种新式转换优于旧式的转换就在于：编译器能够在转换期间进行更多的检查，对于一些不符合转换逻辑的转换进行一些纠错。而某些类型转换操做能够利用RTTI(运行时类型信息)来确保类型转换的合理，这是旧式的类型转换没法达成的效果。

• const_cast

从名字上就能够看出来，这厮是用来对const属性进行类型转换的。这个名字取得有些偏颇，它一样适用于volatile属性。它能够为变量添加或接触上述属性，它也是新式转换之中惟一具备这个能力的转换方式，没有什么额外的坑，用户体验良好：（可是偶尔对于const属性的转换须要执行多步，先经过const_cast转换，再借助其余转换）

//函数须要传递const属性的变量，如atoi
atoi（const_cast<const char*>(char_ptr)）

• static_cast

static_cast 是静态的转换形式，不经过运行时类型检查来保证转换的安全性。它主要用于以下场合：

• 用于基本数据类型之间的转换，如把long转换成char，把int转换成char。

• 用于面向对象编程之中基类与派生类之间的指针或引用转换。它分为两种 上行转换（把派生类的指针或引用转换成基类）是安全的； 下行转换（把基类指针或引用转换成派生类），因为没有运行时的动态类型检查，因此是不安全的。

• 把非const属性的类型转换为const类型，可是不能将const类型转换为非const类型，这个得借助前文的const_cast。

• void 的空指针转换成其余类型的的空指针。

上面的几种概念的比较好理解，这里笔者着重聊聊上下行转换：不啰嗦，看代码：

class Bird {
public:
    virtual void fly() {
        cout << "I can fly." << endl;
    }
};

class Penguin:public Bird {
public:
    void fly() {
        cout << "I can't fly." << endl;
    }
};

上述代码咱们定义了两个类Bird与Penguin：

int main() {
    Penguin* p = new (std::nothrow) Penguin;
    Bird* b = static_cast<Bird *>(p);

    b->fly();
    return 0;
}

上行转换，将派生类转换为基类的指针，合法。

int main() {
    Bird* b = new (std::nothrow) Bird;
    Penguin* p = static_cast<Penguin *>(b);
    
    if (p != nullptr) {
          p->fly();
     } else {
       
    }
    return 0;
}

下行转换，将基类转换为派生类的指针，此时程序的行为是不肯定的。而且编译期间并无警告，这是一种十分危险的用法，因此使用时必定要谨小慎微。因此接下来就要请出下一种转换dynamic_cast，这是在对象基类和派生类之间转换推荐的一种方式。

• dynamic_cast

dynamic_cast主要用于在类层次间进行上下行转换时，它与static_cast的最大的区别就在于dynamic_cast可以在运行时进行类型检查的功能，因此作起类型转换比static_cast更安全，可是dynamic_cast会耗费更多的系统资源。dynamic_cast是没法经过旧式类型转换完成的类型转换。

int main() {
    Bird* b = new (std::nothrow) Bird;
    Penguin* p = dynamic_cast<Penguin *>(b);
    if (p != nullptr) {
        p->fly();
    } else {
        cout << "cast failed" << endl;
    }
    return 0;
}

dynamic_cast对于非法的下行转换会返回空指针，因此能够在必定程度上避免不安全的类型转换。

• reinterpret_cast reinterpret_cast主要用于指针类型之间的转换，和对象到指针类型之间的转换。reinterpret就是对数据的比特位从新解释转换为咱们须要转换的对象。其与static_cast的区别在于其能处理有继承关系类的指针和内置数据类型的转换。而reinterpret_cast可以处理全部指针(引用)之间的转换

int main() {
    Bird* b = new (std::nothrow) Bird;
    Penguin* p = reinterpret_cast<Penguin *>(b);
    if (p != nullptr) {
        p->fly();
    } else {
        cout << "cast failed" << endl;
    }
    return 0;
}

上述代码依旧能够转换成功，结果不可控。

####3.小结 梳理完C++新引进的四种类型转换符以后，想必你们在实践之中能够很好的运用好这些C++的类型转换。后续笔者还会继续深刻的探讨有关C++之中类型系统相关的内容，欢迎你们多多指教。