static_cast, dynamic_cast, const_cast筆記

C++類型轉換分爲:隱式類型轉換和顯式類型轉換c++

第1部分. 隱式類型轉換express

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。安全

1 int ival = 3; 2 double dval = 3.14159; 3 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ide

1 int *pi = 0; // 0被轉化爲int *類型
2 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函數

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

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

第2部分. 顯式類型轉換設計

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..指針

 

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。code

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
 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 };

咱們公司在開發的時候創建有以下類:對象

 
   
 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:

 
   
 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()經過多態來調用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

 
   
 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();//直接在這裏擴展
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
13     if(pm) 14  { 15         //call Programmer::bonus()
16  } 17     //若是pe不是實際指向Programmer對象,dynamic_cast失敗,而且pm = 0
18     else
19  { 20         //use Employee member functions
21  } 22 }

 

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。

 
   
 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。

 
   
 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。

 

reinpreter_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)。
 
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:
 
     
 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。

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