static_cast, dynamic_cast, const_cast討論

 

C++類型轉換分爲：隱式類型轉換和顯式類型轉換

 

第1部分. 隱式類型轉換

 又稱爲「標準轉換」，包括如下幾種狀況：
1) 算術轉換(Arithmetic conversion) : 在混合類型的算術表達式中, 最寬的數據類型成爲目標轉換類型。

1 int ival = 3;
2 double dval = 3.14159;
3 
4 ival + dval;//ival被提高爲double類型

2)一種類型表達式賦值給另外一種類型的對象：目標類型是被賦值對象的類型

int *pi = 0; // 0被轉化爲int *類型
ival = dval; // double->int

例外：void指針賦值給其餘指定類型指針時，不存在標準轉換，編譯出錯

3)將一個表達式做爲實參傳遞給函數調用，此時形參和實參類型不一致：目標轉換類型爲形參的類型

extern double sqrt(double);

cout << "The square root of 2 is " << sqrt(2) << endl;
//2被提高爲double類型：2.0

4)從一個函數返回一個表達式，表達式類型與返回類型不一致：目標轉換類型爲函數的返回類型

double difference(int ival1, int ival2)
{
    return ival1 - ival2;
    //返回值被提高爲double類型
}

第2部分. 顯式類型轉換

被稱爲「強制類型轉換」(cast)
C     風格： (type-id)
C++風格： static_cast、dynamic_cast、reinterpret_cast、和const_cast..

 

關於強制類型轉換的問題，不少書都討論過，寫的最詳細的是C++ 之父的《C++ 的設計和演化》。最好的解決方法就是不要使用C風格的強制類型轉換，而是使用標準C++的類型轉換符：static_cast, dynamic_cast。標準C++中有四個類型轉換符：static_cast、dynamic_cast、reinterpret_cast、和const_cast。下面對它們一一進行介紹。

 

Static_cast

用法：static_cast < type-id > ( expression )

說明：該運算符把expression轉換爲type-id類型，但沒有運行時類型檢查來保證轉換的安全性。

來源：爲何須要static_cast強制轉換？
狀況1：void指針->其餘類型指針
狀況2：改變一般的標準轉換
狀況3：避免出現可能多種轉換的歧義

它主要有以下幾種用法：            

• 用於類層次結構中基類和子類之間指針或引用的轉換。進行上行轉換（把子類的指針或引用轉換成基類表示）是安全的；進行下行轉換（把基類指針或引用轉換成子類指針或引用）時，因爲沒有動態類型檢查，因此是不安全的。                
• 用於基本數據類型之間的轉換，如把int轉換成char，把int轉換成enum。這種轉換的安全性也要開發人員來保證。                
• 把void指針轉換成目標類型的指針(不安全!!)                
• 把任何類型的表達式轉換成void類型。

            注意：static_cast不能轉換掉expression的const、volitale、或者__unaligned屬性。

dynamic_cast

用法：dynamic_cast < type-id > ( expression )

說明：該運算符把expression轉換成type-id類型的對象。Type-id必須是類的指針、類的引用或者void *；若是type-id是類指針類型，那麼expression也必須是一個指針，若是type-id是一個引用，那麼expression也必須是一個引用。

來源：爲何須要dynamic_cast強制轉換？
簡單的說，當沒法使用virtual函數的時候

典型案例：
Wicrosoft公司提供給咱們一個類庫，其中提供一個類Employee.以頭文件Eemployee.h和類庫.lib分發給用戶
顯然咱們並沒有法獲得類的實現的源代碼.

//Emplyee.h
class Employee 
{
public:
    virtual int salary();
};

class Manager : public Employee
{
public: 
    int salary();
};

class Programmer : public Employee
{
public:
    int salary();
};

咱們公司在開發的時候創建有以下類:

class MyCompany
{
public:
    void payroll(Employee *pe);
    //
};

void MyCompany::payroll(Employee *pe)
{
    //do something
}

可是開發到後期，咱們但願能增長一個bonus()的成員函數到W$公司提供的類層次中。
假設咱們知道源代碼的狀況下，很簡單，增長虛函數：

//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()經過多態來調用bonus()

class MyCompany
{
public:
    void payroll(Employee *pe);
    //
};

void MyCompany::payroll(Employee *pe)
{
    //do something
    //pe->bonus();
}

可是如今狀況是，咱們並不能修改源代碼，怎麼辦？dynamic_cast華麗登場了！
在Employee.h中增長bonus()聲明，在另外一個地方定義此函數，修改調用函數payroll().從新編譯，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();//直接在這裏擴展
};

//somewhere.cpp

int Programmer::bonus()
{
    //define
}

class MyCompany
{
public:
    void payroll(Employee *pe);
    //
};

void MyCompany::payroll(Employee *pe)
{
    Programmer *pm = dynamic_cast<Programmer *>(pe);
    
    //若是pe實際指向一個Programmer對象,dynamic_cast成功，而且開始指向Programmer對象起始處
    if(pm)
    {
        //call Programmer::bonus()
    }
    //若是pe不是實際指向Programmer對象，dynamic_cast失敗，而且pm = 0
    else
    {
        //use Employee member functions
    }
}

dynamic_cast主要用於類層次間的上行轉換和下行轉換，還能夠用於類之間的交叉轉換。

在類層次間進行上行轉換時，dynamic_cast和static_cast的效果是同樣的；在進行下行轉換時，dynamic_cast具備類型檢查的功能，比static_cast更安全。

 

lass 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);
}

在上面的代碼段中，
若是pb實際指向一個Derived類型的對象，pd1和pd2是同樣的，而且對這兩個指針執行Derived類型的任何操做都是安全的；
若是pb實際指向的是一個Base類型的對象，那麼pd1將是一個指向該對象的指針，對它進行Derived類型的操做將是不安全的（如訪問m_szName），而pd2將是一個空指針(即0，由於dynamic_cast失敗)。
另外要注意：Base要有虛函數，不然會編譯出錯；static_cast則沒有這個限制。這是因爲運行時類型檢查須要運行時類型信息，而這個信息存儲在類的虛函數表（關於虛函數表的概念，詳細可見<Inside c++ object model>）中，只有定義了虛函數的類纔有虛函數表，沒有定義虛函數的類是沒有虛函數表的。

另外，dynamic_cast還支持交叉轉換（cross cast）。以下代碼所示。

 

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;
}

在函數foo中，使用static_cast進行轉換是不被容許的，將在編譯時出錯；而使用 dynamic_cast的轉換則是容許的，結果是空指針。

 

Reinterpret_cast

 

用法：reinpreter_cast<type-id> (expression)

說明：type-id必須是一個指針、引用、算術類型、函數指針或者成員指針。它能夠把一個指針轉換成一個整數，也能夠把一個整數轉換成一個指針（先把一個指針轉換成一個整數，在把該整數轉換成原類型的指針，還能夠獲得原先的指針值）。

該運算符的用法比較多。

const_cast

用法：const_cast<type_id> (expression)

說明：該運算符用來修改類型的const或volatile屬性。除了const 或volatile修飾以外， type_id和expression的類型是同樣的。

常量指針被轉化成很是量指針，而且仍然指向原來的對象；常量引用被轉換成很是量引用，而且仍然指向原來的對象；常量對象被轉換成很是量對象。
Voiatile和const類試。舉以下一例：

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 }

上面的代碼編譯時會報錯，由於b1是一個常量對象，不能對它進行改變；使用const_cast把它轉換成一個常量對象，就能夠對它的數據成員任意改變。注意：b1和b2是兩個不一樣的對象。