C++強制類型轉換：static_cast、dynamic_cast、const_cast、reinterpret_cast

1. c強制轉換與c++強制轉換

 c語言強制類型轉換主要用於基礎的數據類型間的轉換，語法爲：

(type-id)expression//轉換格式1

type-id(expression)//轉換格式2

c++除了能使用c語言的強制類型轉換外，還新增了四種強制類型轉換：static_cast、dynamic_cast、const_cast、reinterpret_cast，主要運用於繼承關係類間的強制轉化，語法爲：

static_cast<new_type>      (expression)
dynamic_cast<new_type>     (expression) 
const_cast<new_type>       (expression) 
reinterpret_cast<new_type> (expression)

備註：new_type爲目標數據類型，expression爲原始數據類型變量或者表達式。

《Effective C++》中將c語言強制類型轉換稱爲舊式轉型，c++強制類型轉換稱爲新式轉型。

2. static_cast、dynamic_cast、const_cast、reinterpret_cast

•  static_cast

static_cast至關於傳統的C語言裏的強制轉換，該運算符把expression轉換爲new_type類型，用來強迫隱式轉換，例如non-const對象轉爲const對象，編譯時檢查，用於非多態的轉換，能夠轉換指針及其餘，但沒有運行時類型檢查來保證轉換的安全性。它主要有以下幾種用法：

①用於類層次結構中基類（父類）和派生類（子類）之間指針或引用的轉換。

進行上行轉換（把派生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派生類表示）時，因爲沒有動態類型檢查，因此是不安全的。

②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。

③把空指針轉換成目標類型的空指針。

④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、volatile、或者__unaligned屬性。

 

基本類型數據轉換舉例以下：

char a = 'a';
int b = static_cast<char>(a);//正確，將char型數據轉換成int型數據

double *c = new double;
void *d = static_cast<void*>(c);//正確，將double指針轉換成void指針

int e = 10;
const int f = static_cast<const int>(e);//正確，將int型數據轉換成const int型數據

const int g = 20;
int *h = static_cast<int*>(&g);//編譯錯誤，static_cast不能轉換掉g的const屬性

 

類上行和下行轉換：

if(Derived *dp = static_cast<Derived *>(bp)){//下行轉換是不安全的
  //使用dp指向的Derived對象  
}
else{
  //使用bp指向的Base對象  
}

if(Base*bp = static_cast<Derived *>(dp)){//上行轉換是安全的
  //使用bp指向的Derived對象  
}
else{
  //使用dp指向的Base對象  
}

 

• dynamic_cast

dynamic_cast<type*>(e)
dynamic_cast<type&>(e)
dynamic_cast<type&&>(e)

　　type必須是一個類類型，在第一種形式中，type必須是一個有效的指針，在第二種形式中，type必須是一個左值，在第三種形式中，type必須是一個右值。在上面全部形式中，e的類型必須符合如下三個條件中的任何一個：e的類型是是目標類型type的公有派生類、e的類型是目標type的共有基類或者e的類型就是目標type的的類型。若是一條dynamic_cast語句的轉換目標是指針類型而且失敗了，則結果爲0。若是轉換目標是引用類型而且失敗了，則dynamic_cast運算符將拋出一個std::bad_cast異常(該異常定義在typeinfo標準庫頭文件中)。e也能夠是一個空指針，結果是所需類型的空指針。

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（cross cast）。

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。dynamic_cast是惟一沒法由舊式語法執行的動做，也是惟一可能耗費重大運行成本的轉型動做。

（1）指針類型

舉例，Base爲包含至少一個虛函數的基類，Derived是Base的共有派生類，若是有一個指向Base的指針bp，咱們能夠在運行時將它轉換成指向Derived的指針，代碼以下：

if(Derived *dp = dynamic_cast<Derived *>(bp)){
  //使用dp指向的Derived對象  
}
else{
  //使用bp指向的Base對象  
}

值得注意的是，在上述代碼中，if語句中定義了dp，這樣作的好處是能夠在一個操做中同時完成類型轉換和條件檢查兩項任務。

（2）引用類型

由於不存在所謂空引用，因此引用類型的dynamic_cast轉換與指針類型不一樣，在引用轉換失敗時，會拋出std::bad_cast異常，該異常定義在頭文件typeinfo中。

void f(const Base &b){
 try{
   const Derived &d = dynamic_cast<const Base &>(b);  
   //使用b引用的Derived對象
 }
 catch(std::bad_cast){
   //處理類型轉換失敗的狀況
 }
}

 

• const_cast

const_cast，用於修改類型的const或volatile屬性。 

該運算符用來修改類型的const(惟一有此能力的C++-style轉型操做符)或volatile屬性。除了const 或volatile修飾以外， new_type和expression的類型是同樣的。

①常量指針被轉化成很是量的指針，而且仍然指向原來的對象；

②常量引用被轉換成很是量的引用，而且仍然指向原來的對象；

③const_cast通常用於修改底指針。如const char *p形式。

 

舉例轉換以下：

const int g = 20;
int *h = const_cast<int*>(&g);//去掉const常量const屬性

const int g = 20;
int &h = const_cast<int &>(g);//去掉const引用const屬性

 const char *g = "hello";
char *h = const_cast<char *>(g);//去掉const指針const屬性

 

• reinterpret_cast

new_type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，再把該整數轉換成原類型的指針，還能夠獲得原先的指針值）。

reinterpret_cast意圖執行低級轉型，實際動做（及結果）可能取決於編輯器，這也就表示它不可移植。

　　舉一個錯誤使用reintepret_cast例子，將整數類型轉換成函數指針後，vc++在執行過程當中會報"...中的 0xxxxxxxxx 處有未經處理的異常: 0xC0000005: Access violation"錯誤：

#include <iostream>
using namespace std;
int output(int p){
    cout << p <<endl;
　　return 0;
}

typedef int (*test_func)(int );//定義函數指針test_func
int main(){
    int p = 10;
    test_func fun1 = output;
    fun1(p);//正確
    test_func fun2 = reinterpret_cast<test_func>(&p);
    fun2(p);//...處有未經處理的異常: 0xC0000005: Access violation
    return 0;
}

IBM的C++指南、C++之父Bjarne Stroustrup的FAQ網頁和MSDN的Visual C++也都指出：錯誤的使用reinterpret_cast很容易致使程序的不安全，只有將轉換後的類型值轉換回到其原始類型，這樣纔是正確使用reinterpret_cast方式。

　　MSDN中也提到了，實際中可將reinterpret_cast應用到哈希函數中，以下（64位系統中需將unsigned int修改成unsigned long）：

// expre_reinterpret_cast_Operator.cpp
// compile with: /EHsc
#include <iostream>

// Returns a hash code based on an address
unsigned short Hash( void *p ) {
   unsigned int val = reinterpret_cast<unsigned int>( p );
   return ( unsigned short )( val ^ (val >> 16));
}

using namespace std;
int main() {
   int a[20];
   for ( int i = 0; i < 20; i++ )
      cout << Hash( a + i ) << endl;
}

 

　　 另外，static_cast和reinterpret_cast的區別主要在於多重繼承，好比

 

class A {
    public:
    int m_a;
};
 
class B {
    public:
    int m_b;
};
 
class C : public A, public B {};

　　 那麼對於如下代碼：

　　

C c;
printf("%p, %p, %p", &c, reinterpret_cast<B*>(&c), static_cast <B*>(&c));

 

  　前兩個的輸出值是相同的，最後一個則會在原基礎上偏移4個字節，這是由於static_cast計算了父子類指針轉換的偏移量，並將之轉換到正確的地址（c裏面有m_a,m_b，轉換爲B*指針後指到m_b處），而reinterpret_cast卻不會作這一層轉換。

　所以, 你須要謹慎使用 reinterpret_cast。

 

3. c++強制轉換注意事項

• 新式轉換較舊式轉換更受歡迎。緣由有二，一是新式轉型較易辨別，能簡化「找出類型系統在哪一個地方被破壞」的過程；二是各轉型動做的目標愈窄化，編譯器愈能診斷出錯誤的運用。
• 儘可能少使用轉型操做，尤爲是dynamic_cast，耗時較高，會致使性能的降低，儘可能使用其餘方法替代。

 

參考資料：

a):http://en.cppreference.com/w/cpp/language/static_cast

b):http://en.cppreference.com/w/cpp/language/dynamic_cast

c):http://en.cppreference.com/w/cpp/language/const_cast

d):http://en.cppreference.com/w/cpp/language/reinterpret_cast

e):《Effective C++》條款27:儘可能少作轉型動做

f): 百度百科

g) 《C++ Primer》