static_cast, dynamic_cast, const_cast探讨

女爷i 2022-08-13 00:42 130阅读 0赞

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

![None.gif][] int   \* pi  =   0 ;  //  0被转化为int \*类型   
![None.gif][] ival  =  dval;  //  double->int  
![None.gif][]

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..

<table style="margin:0px; padding:0px; border:1px solid silver; border-collapse:collapse; table-layout:fixed"> 
 <tbody style="margin:0px; padding:0px"> 
 <tr style="margin:0px; padding:0px"> 
 <td style="margin:0px; padding:3px; border:1px solid silver; border-collapse:collapse"> 
 <div style="margin:0px; padding:0px">
 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 
 
 
 <div style="margin:0px; padding:0px; border:1px solid rgb(102,102,102)">
 用法： 
 static_cast&nbsp;&lt; type-id &gt; ( expression ) 
 </div> 
 
 
 <div style="margin:0px; padding:0px; border:1px solid rgb(102,102,102)">
 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。 
 
 </div> 
 
 <div style="margin:0px; padding:0px; border:1px solid rgb(192,192,192)">
 来源：为什么需要static_cast强制转换？ 
 情况1：void指针-&gt;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 
 </div> 
 
 
 它主要有如下几种用法： 
 <ul style="margin:0px 0px 0px 45px; padding:0px"> 
 <li style="margin:0px; padding:0px; list-style:inherit!important">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。</li> 
 <li style="margin:0px; padding:0px; list-style:inherit!important">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。</li> 
 <li style="margin:0px; padding:0px; list-style:inherit!important">把void指针转换成目标类型的指针(不安全!!)</li> 
 <li style="margin:0px; padding:0px; list-style:inherit!important">把任何类型的表达式转换成void类型。&nbsp;</li> 
 </ul> 注意：static_cast不能转换掉expression的const、volitale、或者__unaligned属性。 
 
 
 dynamic_cast 
 
 
 <div style="margin:0px; padding:0px; border:1px solid rgb(102,102,102)">
 用法： 
 dynamic_cast&nbsp;&lt; type-id &gt; ( expression ) 
 
 </div> 
 
 <div style="margin:0px; padding:0px; border:1px solid rgb(102,102,102)">
 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。 
 
 </div> 
 
 <div style="margin:0px; padding:0px; border:1px solid rgb(192,192,192)">
 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 
 
 <div style="margin:0px; padding:4px 5px 4px 4px; border:1px solid rgb(204,204,204); font-size:13px; width:851.609375px; word-break:break-all; background-color:rgb(238,238,238)"> 
 // 
 Emplyee.h 
 
 class 
 &nbsp;Employee&nbsp; { 
 public 
 : &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 
 virtual 
 &nbsp; 
 int 
 &nbsp;salary(); }; 
 class 
 &nbsp;Manager&nbsp;:&nbsp; 
 public 
 &nbsp;Employee { 
 public 
 :&nbsp; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 
 int 
 &nbsp;salary(); }; 
 class 
 &nbsp;Programmer&nbsp;:&nbsp; 
 public 
 &nbsp;Employee { 
 public 
 : &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 
 int 
 &nbsp;salary(); }; 
 </div> 
 我们公司在开发的时候建立有如下类: 
 
 <div style="margin:0px; padding:4px 5px 4px 4px; border:1px solid rgb(204,204,204); font-size:13px; width:851.609375px; word-break:break-all; background-color:rgb(238,238,238)"> 
 class 
 &nbsp;MyCompany { 
 public 
 : &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 
 void 
 &nbsp;payroll(Employee&nbsp; 
 * 
 pe); &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 
 // 
 <img src="http://www.cnblogs.com/Images/dot.gif" alt="" style="margin:0px; padding:0px; border:0px"> 
 
 }; 
 void 
 &nbsp;MyCompany::payroll(Employee&nbsp; 
 * 
 pe) { &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 
 // 
 do&nbsp;something 
 
 } 
 </div> 
 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： 
 
 <div style="margin:0px; padding:4px 5px 4px 4px; border:1px solid rgb(204,204,204); font-size:13px; width:851.609375px; word-break:break-all; background-color:rgb(238,238,238)"> 
 // 
 Emplyee.h 
 
 class 
 &nbsp;Employee&nbsp; { 
 public 
 : &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 
 virtual 
 &nbsp; 
 int 
 &nbsp;salary(); &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 
 virtual 
 &nbsp; 
 int 
 &nbsp;bonus(); }; 
 class 
 &nbsp;Manager&nbsp;:&nbsp; 
 public 
 &nbsp;Employee { 
 public 
 :&nbsp; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 
 int 
 &nbsp;salary(); }; 
 class 
 &nbsp;Programmer&nbsp;:&nbsp; 
 public 
 &nbsp;Employee { 
 public 
 : &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 
 int 
 &nbsp;salary(); &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 
 int 
 &nbsp;bonus(); }; 
 // 
 Emplyee.cpp 
 
 <img src="http://www.cnblogs.com/Images/dot.gif" alt="" style="margin:0px; padding:0px; border:0px"> 
 int 
 &nbsp;Programmer::bonus() { &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 
 // 
 <img src="http://www.cnblogs.com/Images/dot.gif" alt="" style="margin:0px; padding:0px; border:0px"> 
 
 } <img src="http://www.cnblogs.com/Images/dot.gif" alt="" style="margin:0px; padding:0px; border:0px"> 
 </div> payroll()通过多态来调用bonus() 
 
 <div style="margin:0px; padding:4px 5px 4px 4px; border:1px solid rgb(204,204,204); font-size:13px; width:851.609375px; word-break:break-all; background-color:rgb(238,238,238)"> 
 class 
 &nbsp;MyCompany { 
 public 
 : &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 
 void 
 &nbsp;payroll(Employee&nbsp; 
 * 
 pe); &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 
 // 
 <img src="http://www.cnblogs.com/Images/dot.gif" alt="" style="margin:0px; padding:0px; border:0px"> 
 
 }; 
 void 
 &nbsp;MyCompany::payroll(Employee&nbsp; 
 * 
 pe) { &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 
 // 
 do&nbsp;something 
 &nbsp;&nbsp;&nbsp; //pe-&gt;bonus(); 
 } 
 </div> 
 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 
 
 <div style="margin:0px; padding:4px 5px 4px 4px; border:1px solid rgb(204,204,204); font-size:13px; width:851.609375px; word-break:break-all; background-color:rgb(238,238,238)"> 
 // 
 Emplyee.h 
 
 class 
 &nbsp;Employee&nbsp; { 
 public 
 : &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 
 virtual 
 &nbsp; 
 int 
 &nbsp;salary(); }; 
 class 
 &nbsp;Manager&nbsp;:&nbsp; 
 public 
 &nbsp;Employee { 
 public 
 :&nbsp; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 
 int 
 &nbsp;salary(); }; 
 class 
 &nbsp;Programmer&nbsp;:&nbsp; 
 public 
 &nbsp;Employee { 
 public 
 : &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 
 int 
 &nbsp;salary(); &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 
 int 
 &nbsp;bonus(); 
 // 
 直接在这里扩展 
 
 }; 
 // 
 somewhere.cpp 
 
 
 int 
 &nbsp;Programmer::bonus() { &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 
 // 
 define<img src="http://www.cnblogs.com/Images/dot.gif" alt="" style="margin:0px; padding:0px; border:0px"> 
 
 } 
 </div> 
 
 <div style="margin:0px; padding:4px 5px 4px 4px; border:1px solid rgb(204,204,204); font-size:13px; width:851.609375px; word-break:break-all; background-color:rgb(238,238,238)"> 
 class 
 &nbsp;MyCompany { 
 public 
 : &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 
 void 
 &nbsp;payroll(Employee&nbsp; 
 * 
 pe); &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 
 // 
 }; 
 void 
 &nbsp;MyCompany::payroll(Employee&nbsp; 
 * 
 pe) { &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;Programmer&nbsp; 
 * 
 pm&nbsp; 
 = 
 &nbsp;dynamic_cast 
 &lt; 
 Programmer&nbsp; 
 *&gt; 
 (pe); &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 
 // 
 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 
 
 &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 
 if 
 (pm) &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;{ &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 
 // 
 call&nbsp;Programmer::bonus() 
 
 &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;} &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;//如果pe不是实际指向Programmer对象，dynamic_cast失败，并且pm&nbsp;=&nbsp;0 &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 
 else 
 &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;{ &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 
 // 
 use&nbsp;Employee&nbsp;member&nbsp;functions 
 
 &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;} 
 } 
 </div> 
 
 </div> 
 
 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。 
 <div style="margin:0px; padding:0px"> 
 <div style="margin:0px; padding:4px 5px 4px 4px; border:1px solid rgb(204,204,204); font-size:13px; width:853.578125px; word-break:break-all; background-color:rgb(238,238,238)"> 
 class 
 &nbsp;Base { 
 public 
 : &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 
 int 
 &nbsp;m_iNum; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 
 virtual 
 &nbsp; 
 void 
 &nbsp;foo(); }; 
 class 
 &nbsp;Derived: 
 public 
 &nbsp;Base { 
 public 
 : &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 
 char 
 &nbsp; 
 * 
 m_szName[ 
 100 
 ]; }; 
 void 
 &nbsp;func(Base&nbsp; 
 * 
 pb) { &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;Derived&nbsp; 
 * 
 pd1&nbsp; 
 = 
 &nbsp;static_cast 
 &lt; 
 Derived&nbsp; 
 *&gt; 
 (pb); &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;Derived&nbsp; 
 * 
 pd2&nbsp; 
 = 
 &nbsp;dynamic_cast 
 &lt; 
 Derived&nbsp; 
 *&gt; 
 (pb); } 
 </div> 
 </div> 
 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&lt;Inside c++ object model&gt;）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。 
 
 <div style="margin:0px; padding:0px"> 
 <div style="margin:0px; padding:4px 5px 4px 4px; border:1px solid rgb(204,204,204); font-size:13px; width:853.578125px; word-break:break-all; background-color:rgb(238,238,238)"> 
 class 
 &nbsp;Base { 
 public 
 : &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 
 int 
 &nbsp;m_iNum; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 
 virtual 
 &nbsp; 
 void 
 &nbsp;f(){} }; 
 class 
 &nbsp;Derived1&nbsp;:&nbsp; 
 public 
 &nbsp;Base { }; 
 class 
 &nbsp;Derived2&nbsp;:&nbsp; 
 public 
 &nbsp;Base { }; 
 void 
 &nbsp;foo() { &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;derived1&nbsp; 
 * 
 pd1&nbsp; 
 = 
 &nbsp; 
 new 
 &nbsp;Drived1; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;pd1 
 -&gt; 
 m_iNum&nbsp; 
 = 
 &nbsp; 
 100 
 ; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;Derived2&nbsp; 
 * 
 pd2&nbsp; 
 = 
 &nbsp;static_cast 
 &lt; 
 Derived2&nbsp; 
 *&gt; 
 (pd1);&nbsp; 
 // 
 compile&nbsp;error 
 
 &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;Derived2&nbsp; 
 * 
 pd2&nbsp; 
 = 
 &nbsp;dynamic_cast 
 &lt; 
 Derived2&nbsp; 
 *&gt; 
 (pd1);&nbsp; 
 // 
 pd2&nbsp;is&nbsp;NULL 
 
 &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;delete&nbsp;pd1; } 
 </div> 
 </div> 
 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&nbsp; 
 dynamic_cast的转换则是允许的，结果是空指针。 
 
 
 reinpreter_cast 
 
 
 <div style="margin:0px; padding:0px; border:1px solid rgb(102,102,102)">
 用法： 
 reinpreter_cast&lt;type-id&gt; (expression) 
 </div> 
 
 
 <div style="margin:0px; padding:0px; border:1px solid rgb(102,102,102)">
 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）。 
 </div> 
 
 该运算符的用法比较多。 
 
 
 const_cast 
 
 <div style="margin:0px; padding:0px; border:1px solid rgb(102,102,102)">
 用法： 
 const_cast&lt;type_id&gt; (expression) 
 
 </div> 
 
 <div style="margin:0px; padding:0px; border:1px solid rgb(102,102,102)">
 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。 
 </div> 
 
 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： 
 
 <div style="margin:0px; padding:0px">
 class B{ 
 
 public: 
 
 int m_iNum; 
 
 } 
 
 void foo(){ 
 
 const B b1; 
 
 b1.m_iNum = 100; //comile error 
 
 B b2 = const_cast&lt;B&gt;(b1); 
 
 b2. m_iNum = 200; //fine 
 } 
 </div> 
 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。 
 </div> 
 <div style="margin:0px; padding:0px"> 
 
 </div> 
 <div style="margin:0px; padding:0px"> 
 
 </div> </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

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