C++中的類型轉(zhuǎn)換static_cast、dynamic_cast、const_cast和reinterpret_cast總結(jié)
前言
這篇文章總結(jié)的是C++中的類型轉(zhuǎn)換，這些小的知識(shí)點(diǎn)，有的時(shí)候，自己不是很注意，但是在實(shí)際開(kāi)發(fā)中確實(shí)經(jīng)常使用的。俗話說(shuō)的好，不懂自己寫(xiě)的代碼的程序員，不是好的程序員；如果一個(gè)程序員對(duì)于自己寫(xiě)的代碼都不懂，只是知道一昧的的去使用，終有一天，你會(huì)迷失你自己的。
C++中的類型轉(zhuǎn)換分為兩種：
1.隱式類型轉(zhuǎn)換；
2.顯式類型轉(zhuǎn)換。
而對(duì)于隱式變換，就是標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換，在很多時(shí)候，不經(jīng)意間就發(fā)生了，比如int類型和float類型相加時(shí)，int類型就會(huì)被隱式的轉(zhuǎn)換位float類型，然后再進(jìn)行相加運(yùn)算。而關(guān)于隱式轉(zhuǎn)換不是今天總結(jié)的重點(diǎn)，重點(diǎn)是顯式轉(zhuǎn)換。在標(biāo)準(zhǔn)C++中有四個(gè)類型轉(zhuǎn)換符：static_cast、dynamic_cast、const_cast和reinterpret_cast；下面將對(duì)它們一一的進(jìn)行總結(jié)。
static_cast
static_cast的轉(zhuǎn)換格式：static_cast <type-id> (expression)
將expression轉(zhuǎn)換為type-id類型，主要用于非多態(tài)類型之間的轉(zhuǎn)換，不提供運(yùn)行時(shí)的檢查來(lái)確保轉(zhuǎn)換的安全性。主要在以下幾種場(chǎng)合中使用：
1.用于類層次結(jié)構(gòu)中，基類和子類之間指針和引用的轉(zhuǎn)換；
當(dāng)進(jìn)行上行轉(zhuǎn)換，也就是把子類的指針或引用轉(zhuǎn)換成父類表示，這種轉(zhuǎn)換是安全的；
當(dāng)進(jìn)行下行轉(zhuǎn)換，也就是把父類的指針或引用轉(zhuǎn)換成子類表示，這種轉(zhuǎn)換是不安全的，也需要程序員來(lái)保證；
2.用于基本數(shù)據(jù)類型之間的轉(zhuǎn)換，如把int轉(zhuǎn)換成char，把int轉(zhuǎn)換成enum等等，這種轉(zhuǎn)換的安全性需要程序員來(lái)保證；
3.把void指針轉(zhuǎn)換成目標(biāo)類型的指針，是及其不安全的；
注：static_cast不能轉(zhuǎn)換掉expression的const、volatile和__unaligned屬性。
dynamic_cast
dynamic_cast的轉(zhuǎn)換格式：dynamic_cast <type-id> (expression)
將expression轉(zhuǎn)換為type-id類型，type-id必須是類的指針、類的引用或者是void *；如果type-id是指針類型，那么expression也必須是一個(gè)指針；如果type-id是一個(gè)引用，那么expression也必須是一個(gè)引用。
dynamic_cast主要用于類層次間的上行轉(zhuǎn)換和下行轉(zhuǎn)換，還可以用于類之間的交叉轉(zhuǎn)換。在類層次間進(jìn)行上行轉(zhuǎn)換時(shí)，dynamic_cast和static_cast的效果是一樣的；在進(jìn)行下行轉(zhuǎn)換時(shí)，dynamic_cast具有類型檢查的功能，比static_cast更安全。在多態(tài)類型之間的轉(zhuǎn)換主要使用dynamic_cast，因?yàn)轭愋吞峁┝诉\(yùn)行時(shí)信息。下面我將分別在以下的幾種場(chǎng)合下進(jìn)行dynamic_cast的使用總結(jié)：
1.最簡(jiǎn)單的上行轉(zhuǎn)換
比如B繼承自A，B轉(zhuǎn)換為A，進(jìn)行上行轉(zhuǎn)換時(shí)，是安全的，如下：
#include <iostream>
using namespace std;
class A
{
// ......
};
class B : public A
{
// ......
};
int main()
{
B *pB = new B;
A *pA = dynamic_cast<A *>(pB); // Safe and will succeed
}
2.多重繼承之間的上行轉(zhuǎn)換
C繼承自B，B繼承自A，這種多重繼承的關(guān)系；但是，關(guān)系很明確，使用dynamic_cast進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，也是很簡(jiǎn)單的：
class A
{
// ......
};
class B : public A
{
// ......
};
class C : public B
{
// ......
};
int main()
{
C *pC = new C;
B *pB = dynamic_cast<B *>(pC); // OK
A *pA = dynamic_cast<A *>(pC); // OK
}
而上述的轉(zhuǎn)換，static_cast和dynamic_cast具有同樣的效果。而這種上行轉(zhuǎn)換，也被稱為隱式轉(zhuǎn)換；比如我們?cè)诙x變量時(shí)經(jīng)常這么寫(xiě)：B *pB = new C;這和上面是一個(gè)道理的，只是多加了一個(gè)dynamic_cast轉(zhuǎn)換符而已。
3.轉(zhuǎn)換成void *
可以將類轉(zhuǎn)換成void *，例如：
class A
{
public:
virtual void f(){}
// ......
};
class B
{
public:
virtual void f(){}
// ......
};
int main()
{
A *pA = new A;
B *pB = new B;
void *pV = dynamic_cast<void *>(pA); // pV points to an object of A
pV = dynamic_cast<void *>(pB); // pV points to an object of B
}
但是，在類A和類B中必須包含虛函數(shù)，為什么呢？因?yàn)轭愔写嬖谔摵瘮?shù)，就說(shuō)明它有想讓基類指針或引用指向派生類對(duì)象的情況，此時(shí)轉(zhuǎn)換才有意義；由于運(yùn)行時(shí)類型檢查需要運(yùn)行時(shí)類型信息，而這個(gè)信息存儲(chǔ)在類的虛函數(shù)表中，只有定義了虛函數(shù)的類才有虛函數(shù)表。
4.如果expression是type-id的基類，使用dynamic_cast進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，在運(yùn)行時(shí)就會(huì)檢查expression是否真正的指向一個(gè)type-id類型的對(duì)象，如果是，則能進(jìn)行正確的轉(zhuǎn)換，獲得對(duì)應(yīng)的值；否則返回NULL，如果是引用，則在運(yùn)行時(shí)就會(huì)拋出異常；例如：
class B
{
virtual void f(){};
};
class D : public B
{
virtual void f(){};
};
void main()
{
B* pb = new D; // unclear but ok
B* pb2 = new B;
D* pd = dynamic_cast<D*>(pb); // ok: pb actually points to a D
D* pd2 = dynamic_cast<D*>(pb2); // pb2 points to a B not a D, now pd2 is NULL
}
這個(gè)就是下行轉(zhuǎn)換，從基類指針轉(zhuǎn)換到派生類指針。
對(duì)于一些復(fù)雜的繼承關(guān)系來(lái)說(shuō)，使用dynamic_cast進(jìn)行轉(zhuǎn)換是存在一些陷阱的；比如，有如下的一個(gè)結(jié)構(gòu)：
D類型可以安全的轉(zhuǎn)換成B和C類型，但是D類型要是直接轉(zhuǎn)換成A類型呢？
class A
{
virtual void Func() = 0;
};
class B : public A
{
void Func(){};
};
class C : public A
{
void Func(){};
};
class D : public B, public C
{
void Func(){}
};
int main()
{
D *pD = new D;
A *pA = dynamic_cast<A *>(pD); // You will get a pA which is NULL
}
如果進(jìn)行上面的直接轉(zhuǎn)，你將會(huì)得到一個(gè)NULL的pA指針；這是因?yàn)?，B和C都繼承了A，并且都實(shí)現(xiàn)了虛函數(shù)Func，導(dǎo)致在進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，無(wú)法進(jìn)行抉擇應(yīng)該向哪個(gè)A進(jìn)行轉(zhuǎn)換。正確的做法是：
int main()
{
D *pD = new D;
B *pB = dynamic_cast<B *>(pD);
A *pA = dynamic_cast<A *>(pB);
}
這就是我在實(shí)現(xiàn)QueryInterface時(shí)，得到IUnknown的指針時(shí)，使用的是*ppv = static_cast<IX *>(this);而不是*ppv = static_cast<IUnknown *>(this);
對(duì)于多重繼承的情況，從派生類往父類的父類進(jìn)行轉(zhuǎn)時(shí)，需要特別注意；比如有下面這種情況：
現(xiàn)在，你擁有一個(gè)A類型的指針，它指向E實(shí)例，如何獲得B類型的指針，指向E實(shí)例呢？如果直接進(jìn)行轉(zhuǎn)的話，就會(huì)出現(xiàn)編譯器出現(xiàn)分歧，不知道是走E->C->B，還是走E->D->B。對(duì)于這種情況，我們就必須先將A類型的指針進(jìn)行下行轉(zhuǎn)換，獲得E類型的指針，然后，在指定一條正確的路線進(jìn)行上行轉(zhuǎn)換。
上面就是對(duì)于dynamic_cast轉(zhuǎn)換的一些細(xì)節(jié)知識(shí)點(diǎn)，特別是對(duì)于多重繼承的情況，在實(shí)際項(xiàng)目中，很容易出現(xiàn)問(wèn)題。
const_cast
const_cast的轉(zhuǎn)換格式：const_cast <type-id> (expression)
const_cast用來(lái)將類型的const、volatile和__unaligned屬性移除。常量指針被轉(zhuǎn)換成非常量指針，并且仍然指向原來(lái)的對(duì)象；常量引用被轉(zhuǎn)換成非常量引用，并且仍然引用原來(lái)的對(duì)象?？匆韵碌拇a例子：
/*
** FileName : ConstCastDemo
** Author : Jelly Young
** Date : 2013/12/27
** Description : More information, please go to http://m.fzitv.net
*/
#include <iostream>
using namespace std;
class CA
{
public:
CA():m_iA(10){}
int m_iA;
};
int main()
{
const CA *pA = new CA;
// pA->m_iA = 100; // Error
CA *pB = const_cast<CA *>(pA);
pB->m_iA = 100;
// Now the pA and the pB points to the same object
cout<<pA->m_iA<<endl;
cout<<pB->m_iA<<endl;
const CA &a = *pA;
// a.m_iA = 200; // Error
CA &b = const_cast<CA &>(a);
pB->m_iA = 200;
// Now the a and the b reference to the same object
cout<<b.m_iA<<endl;
cout<<a.m_iA<<endl;
}
注：你不能直接對(duì)非指針和非引用的變量使用const_cast操作符去直接移除它的const、volatile和__unaligned屬性。
reinterpret_cast
reinterpret_cast的轉(zhuǎn)換格式：reinterpret_cast <type-id> (expression)
允許將任何指針類型轉(zhuǎn)換為其它的指針類型；聽(tīng)起來(lái)很強(qiáng)大，但是也很不靠譜。它主要用于將一種數(shù)據(jù)類型從一種類型轉(zhuǎn)換為另一種類型。它可以將一個(gè)指針轉(zhuǎn)換成一個(gè)整數(shù)，也可以將一個(gè)整數(shù)轉(zhuǎn)換成一個(gè)指針，在實(shí)際開(kāi)發(fā)中，先把一個(gè)指針轉(zhuǎn)換成一個(gè)整數(shù)，在把該整數(shù)轉(zhuǎn)換成原類型的指針，還可以得到原來(lái)的指針值；特別是開(kāi)辟了系統(tǒng)全局的內(nèi)存空間，需要在多個(gè)應(yīng)用程序之間使用時(shí)，需要彼此共享，傳遞這個(gè)內(nèi)存空間的指針時(shí)，就可以將指針轉(zhuǎn)換成整數(shù)值，得到以后，再將整數(shù)值轉(zhuǎn)換成指針，進(jìn)行對(duì)應(yīng)的操作。
總結(jié)
這篇博文總結(jié)了C++中的類型轉(zhuǎn)換，重點(diǎn)總結(jié)了其中的顯式轉(zhuǎn)換。對(duì)于C++支持的這四種顯式轉(zhuǎn)換都進(jìn)行了詳細(xì)的描述。如果大家有什么補(bǔ)充的，或者我總結(jié)的有誤的地方，請(qǐng)大家多多指教。
- C++強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換(static_cast、dynamic_cast、const_cast、reinterpret_cast)
- 淺析C++中dynamic_cast和static_cast實(shí)例語(yǔ)法詳解
- C++中的new/delete、構(gòu)造/析構(gòu)函數(shù)、dynamic_cast分析
- 由static_cast和dynamic_cast到C++對(duì)象占用內(nèi)存的全面分析
- c++ dynamic_cast與static_cast使用方法示例
- C++ 中dynamic_cast<>的使用方法小結(jié)
- C++的dynamic示例代碼詳解
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