一文帶你探索C++中類型轉(zhuǎn)換的奧秘

更新時間：2023年10月25日 14:02:54 作者：大神仙

C++?提供了四種類型轉(zhuǎn)換方式,幫助我們在不同數(shù)據(jù)類型之間進行有效的數(shù)據(jù)傳遞和操作,這些類型轉(zhuǎn)換方式在不同的場景下有各自的優(yōu)勢和適用性,下面我們就來深入了解一下吧

const_cast（常量轉(zhuǎn)換）

const_cast（常量轉(zhuǎn)換）是一種類型轉(zhuǎn)換運算符，用于修改類型的const或volatile屬性。它通常用于將const變量轉(zhuǎn)換為非常量類型，或者將volatile變量轉(zhuǎn)換為非volatile類型。用法如下：

const_cast<new_type>(expression)

new_type是你要轉(zhuǎn)換成的類型，expression是要被轉(zhuǎn)換的表達式。

示例

int main() {

    const int a = 10;

    //    int* pA = &a;//編譯錯誤，不能將一個非常量指針指向一個常量對象。
    int* pA = const_cast<int*>(&a);
    *pA = 20;

    //輸入10 20
    cout << "a:" << a << " *pA:" << *pA  << endl;
}

上面的代碼定義一個 const int 類型的變量 a，我們想要將其轉(zhuǎn)換為 int 類型。直接用一個指針pA指向這個a時，由于a本身是const類型，會導致編譯錯誤。所以我們可以用 const_cast 把它做一個類型轉(zhuǎn)換，去除 a 的 const 修飾符。然后修改 *pA 的值。

但是大家需要注意，最后的打印輸出是a:10 *pA:20。

即使你使用 const_cast 去除了指向 a的指針的常量性， *pA = 20 修改了*pA 的值，實際上并不會影響 a 的輸出，這是 C++ 語言的常量性規(guī)則所決定的。因為它是一個常量。在編譯時，編譯器將 a 的值直接插入到代碼中，而不是通過指針 pA 訪問 a。因此無論如何修改 *pA，a的值都保持不變。

const_cast 在某些情況下可以提高代碼的可讀性和減少冗余代碼，但也存在一些缺點，例如增加代碼的復雜度和容易產(chǎn)生歧義。

reinterpret_cast(重新解釋轉(zhuǎn)換)

reinterpret_cast是一種非常危險類型轉(zhuǎn)換。它不會檢查我們所指向的內(nèi)容，也不會檢查我們這個類型的本身。它只是做了一個重新的解釋，我們要在轉(zhuǎn)換的過程當中，保證它轉(zhuǎn)換前和轉(zhuǎn)換后占用的內(nèi)存大小應該是一致的。用于在不同類型的指針之間進行轉(zhuǎn)換，用法如下：

reinterpret_cast<new_type>(expression)

示例

int Test() {
    std::cout << "Test function called." << std::endl;
    return 0;
}

int main() {

    //創(chuàng)建一個 FuncPtr 的函數(shù)指針類型。指向沒有參數(shù)和返回值的函數(shù)。
    typedef void(*FuncPtr) ();
    FuncPtr funcPtr;

    //    funcPtr = &Test;

    funcPtr = reinterpret_cast<FuncPtr>(&Test);
    funcPtr();


    return 0;
}

上述代碼 Test 函數(shù)的返回類型是 int，而 FuncPtr 類型是 void(*)()，這兩者的返回類型不匹配，因此不能將 Test 函數(shù)指針直接賦給 funcPtr。可以通過reinterpret_cast 顯式類型轉(zhuǎn)換來解決這個問題，funcPtr = reinterpret_cast<FuncPtr>(&Test)將 Test 函數(shù)的指針轉(zhuǎn)換為 FuncPtr 類型的函數(shù)指針。

reinterpret_cast不進行類型檢查非常靈活，可以在不同指針類型之間進行轉(zhuǎn)換，包括將指針從對象類型轉(zhuǎn)換為其他類型，或者在整數(shù)類型和指針之間進行轉(zhuǎn)換。但是reinterpret_cast是非常危險的。因為他把這個檢查的大部分工作交給程序員自身來管理的，可能導致轉(zhuǎn)換不合理或不安全。

static_cast(靜態(tài)轉(zhuǎn)換)

static_cast(靜態(tài)轉(zhuǎn)換)可用于對基本類型進行轉(zhuǎn)換,例如int *轉(zhuǎn)double *，有繼承關系的類對象和類指針之間轉(zhuǎn)換。要注意的是，如果用static_cast做一個繼承關系的轉(zhuǎn)換，安全問題需要由程序員自身來保障。

比如說動物，它有一個類叫鴨子，那么鴨子它一定是一種動物，所以它有動物的行為。但是動物未必都有鴨子的行為，所以如果我們把鴨子轉(zhuǎn)換成動物，就是一個叫向上轉(zhuǎn)換的過程。如果向下轉(zhuǎn)換，那就是把動物轉(zhuǎn)換成鴨子。但并不是所有的動物都是鴨子，所以這個地方就存在一些潛在的危險。如果我們使用static_cast就不會發(fā)現(xiàn)這樣的問題。但如果我們使用dynamic_cast，就會幫我們檢查出來這種錯誤。

示例

class Base
{
public:
    Base() : _i(0) {}
    virtual void T() { cout << "Base:T" << _i << endl; }
private:
        int _i;
};
class Derived : public Base {
public:
    Derived() : _j(1) {}
    virtual void T() { cout << "Derived:T" << _j << endl; }
private:
    int _j;
};

void main() {
    int intValue = 5;
    double intValue2 = static_cast<double>(intValue);
    cout << intValue << " " << intValue2  << endl;//5 5                  

    double dValue = 5.6;
    int dValue2 = static_cast<int>(dValue);
    cout << dValue << " " << dValue2  << endl;//5.6 5  丟失精度

    Base base;
    Derived derived;

    Base* pBase;
    Derived* pDerived;
	// 父類--》子類  static_cast未做檢查 可能導致運行時錯誤
    pDerived = static_cast<Derived*>(&base);
    if (pDerived == NULL) {
        cout << "unsafe static cast from Base to Derived" << pDerived << endl;
    }
}

上面的static_cast將base轉(zhuǎn)化為Derived*，可能導致運行時錯誤。所以在進行類型轉(zhuǎn)換時，要注意類型匹配規(guī)則。確保轉(zhuǎn)換是安全的并且符合預期。例如，在進行向下轉(zhuǎn)型時，需要確保子類對象可以存儲父類對象。

dynamic_cast (動態(tài)轉(zhuǎn)換)

dynamic_cast (動態(tài)轉(zhuǎn)換)用于在類的繼承層次之間進行類型轉(zhuǎn)換，它既允許向上轉(zhuǎn)型，也允許向下轉(zhuǎn)型。向下轉(zhuǎn)型會進行檢測，如果轉(zhuǎn)換失敗則返回空指針或拋出std::bad_cast異常。用法如下：

dynamic_cast<new_type>(expression)

new_type 和 expression 必須同時是指針類型或者引用類型。

示例

class Base
{
public:
    Base() : _i(0) {}
    virtual void T() { cout << "Base:T" << _i << endl; }
private:
        int _i;
};
class Derived : public Base {
public:
    Derived() : _j(1) {}
    virtual void T() { cout << "Derived:T" << _j << endl; }
private:
    int _j;
};

void main() {

    Base base;
    Derived derived;

    Base* pBase;
    Derived* pDerived;
    
	// 父類--》子類  pDerived輸出NULL
    pDerived = dynamic_cast<Derived*>(&base);
    if (pDerived == NULL) {
        cout << "unsafe dynamic cast from Base to Derived" << endl;
    }
}

上述代碼創(chuàng)建了一個基類 Base 和一個派生類 Derived，然后通過dynamic_cast，將基類指針Base轉(zhuǎn)換為派生類指針 pDerived。，dynamic_cast 返回 NULL 表示轉(zhuǎn)換失敗。

在動態(tài)類型轉(zhuǎn)換中，只能將一個指向派生類對象的指針轉(zhuǎn)換為基類指針，而不是反過來。這是因為派生類對象包含了基類的部分，但反之并不成立。

如果想安全地將指向基類對象的指針轉(zhuǎn)換為指向派生類對象的指針，要確保對象實際上是派生類對象。