static_cast, dynamic_cast, const_cast探討【轉】

?首先回顧一下C++類型轉換：

C++類型轉換分為：隱式類型轉換和顯式類型轉換

第1部分.?隱式類型轉換

又稱為“標準轉換”，包括以下幾種情況：
1) 算術轉換(Arithmetic conversion) : 在混合類型的算術表達式中, 最寬的數據類型成為目標轉換類型。

?

int?ival?=?3;
double?dval?=?3.14159;

ival?+?dval;//ival被提升為double類型

2)一種類型表達式賦值給另一種類型的對象：目標類型是被賦值對象的類型

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

例外：void指針賦值給其他指定類型指針時，不存在標準轉換，編譯出錯

3)將一個表達式作為實參傳遞給函數調用，此時形參和實參類型不一致：目標轉換類型為形參的類型

extern?double?sqrt(double);

cout?<<?"The?square?root?of?2?is?"?<<?sqrt(2)?<<?endl;
//2被提升為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：目標轉換類型為函數的返回類型

double?difference(int?ival1,?int?ival2)
{
????return?ival1?-?ival2;
????//返回值被提升為double類型
}

第2部分. 顯式類型轉換

被稱為“強制類型轉換”(cast)
C???? 風格： (type-id)
C++風格： static_cast、dynamic_cast、reinterpret_cast、和const_cast..

?

關于強制類型轉換的問題，很多書都討論過，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轉換為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：為什么需要static_cast強制轉換？
情況1：void指針->其他類型指針
情況2：改變通常的標準轉換
情況3：避免出現可能多種轉換的歧義

它主要有如下幾種用法：

• 用于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，由于沒有動態類型檢查，所以是不安全的。
• 用于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 *；如果type-id是類指針類型，那么expression也必須是一個指針，如果type-id是一個引用，那么expression也必須是一個 引用。

來源：為什么需要dynamic_cast強制轉換？
簡單的說，當無法使用virtual函數的時候

典型案例：
Wicrosoft公司提供給我們一個類庫，其中提供一個類Employee.以頭文件Eemployee.h和類庫.lib分發給用戶
顯然我們并無法得到類的實現的源代碼

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

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

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

我們公司在開發的時候建立有如下類:

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

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

但是開發到后期，我們希望能增加一個bonus()的成員函數到W$公司提供的類層次中。
假設我們知道源代碼的情況下，很簡單，增加虛函數：

//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()通過多態來調用bonus()

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

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

但是現在情況是，我們并不能修改源代碼，怎么辦？dynamic_cast華麗登場了！
在Employee.h中增加bonus()聲明，在另一個地方定義此函數，修改調用函數payroll().重新編譯，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();//直接在這里擴展
};

//somewhere.cpp

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

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

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

dynamic_cast主要用于類層次間的上行轉換和下行轉換，還可以用于類之間的交叉轉換。

在類層次間進行上行轉換時，dynamic_cast和static_cast的效果是一樣的；在進行下行轉換時，dynamic_cast具有類型檢查的功能，比static_cast更安全。

class?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，
如果pb實際指向一個Derived類型的對象，pd1和pd2是一樣的，并且對這兩個指針執行Derived類型的任何操作都是安全的；
如果pb實際指向的是一個Base類型的對象，那么pd1將是一個指向該對象的指針，對它進行Derived類型的操作將是不安全的（如訪問m_szName），而pd2將是一個空指針(即0，因為dynamic_cast失敗)。
另 外要注意：Base要有虛函數，否則會編譯出錯；static_cast則沒有這個限制。這是由于運行時類型檢查需要運行時類型信息，而這個信息存儲在類 的虛函數表（關于虛函數表的概念，詳細可見<Inside c++ object model>）中，只有定義了虛函數的類才有虛函數表，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）。如下代碼所示。

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進行轉換是不被允許的，將在編譯時出錯；而使用 dynamic_cast的轉換則是允許的，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。它可以把一個指針轉換成一個整數，也可以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，還可以得到原先的指針值）。

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修飾之外， type_id和expression的類型是一樣的。

常量指針被轉化成非常量指針，并且仍然指向原來的對象；常量引用被轉換成非常量引用，并且仍然指向原來的對象；常量對象被轉換成非常量對象。

Voiatile和const類試。舉如下一例：

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，因為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，就可以對它的數據成員任意改變。注意：b1和b2是兩個不同的對象。