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c++四个类型转换相关的关键字【tl,dr】

傅阳
2023-12-01

tldr 先马住…


在C/C++语言中用 (type) value(在C++还可以采用type(value))来进行显式类型转换(explicit type conversion),常常又被称为强制转换(cast投射/铸模)。这种转换的正确性完全掌握在程序员手中,传统上强制转换往往被过度使用,成为C++程序犯错的一个主要根源。
为了减少强制转换的副作用,并且在查错时使程序员能够快速定位(总是最值得怀疑的)强制转换,在标准C++中新增加了4个关键字*_cast,用来提倡一种全新的C++显式转换语法:*_cast (expression)

const int sz = 100; // 定义数组大小,标准C++提倡用常型变量(而不是常数或  
// 符号常量宏)  
struct X {int a[sz];}; // 只包含一个整数数组的结构  
X x; // 定义结构变量,此时结构中的数组元素的值无意义(需要初始化)  
int *px = reinterpret_cast<int *> (&x); // 为了初始化,先把结构转化为int数组  
for (int *i = px; i < px + sz; i++) *i = 0; // 将每个数组元素的值初始化为0  
print(reinterpret_cast<X *> (px)); // 重新转换成结构指针,以便使用  
// 也可以直接使用原来的标识符x  
// 此语句相当于print(&x);

reinterpret_cast (expression)

type-id 必须是一个指针、引用、算术类型、函数指针或者成员指针。它可以把一个指针转换成一个整数,也可以把一个整数转换成一个指针(先把一个指针转换成一个整数,再把该整数转换成原类型的指针,还可以得到原先的指针值)。

static_cast和reinterpret_cast的区别主要在于多重继承reinterpret_cast(重解释转换):一种最有可能出问题的最不安全的类型转换。只是在下面的情形,才需要使用这种类型转换:当需要使用时,所得到的东西已经不同了,为了使它能够用于原来的目的,必须再次把它转换回来。例如:

const int sz = 100; // 定义数组大小,标准C++提倡用常型变量(而不是常数或  
// 符号常量宏)  
struct X {int a[sz];}; // 只包含一个整数数组的结构  
X x; // 定义结构变量,此时结构中的数组元素的值无意义(需要初始化)  
int *px = reinterpret_cast<int *> (&x); // 为了初始化,先把结构转化为int数组  
for (int *i = px; i < px + sz; i++) *i = 0; // 将每个数组元素的值初始化为0  
print(reinterpret_cast<X *> (px)); // 重新转换成结构指针,以便使用  
// 也可以直接使用原来的标识符x  
// 此语句相当于print(&x);  

使用reinterpret_cast通常是一种不明智且不方便的编程方式。但是在必须使用时,它也是非常有用的。


static_cast<T*>(content)静态转换

主要用于c++中内置的基本数据类型之间的转换,在编译期间处理,但是没有运行时类型的检测来保证转换的安全性。

该运算符把expression转换为type-id类型,但没有运行时类型检查来保证转换的安全性。它主要有如下几种用法:

①用于类层次结构中基类(父类)和派生类(子类)之间指针或引用的转换。

进行上行转换(把派生类的指针或引用转换成基类表示)是安全的;

进行下行转换(把基类指针或引用转换成派生类表示)时,由于没有动态类型检查,所以是不安全的。

②用于基本数据类型之间的转换,如把int转换成char,把int转换成enum。这种转换的安全性也要开发人员来保证。

③把空指针转换成目标类型的空指针。

④把任何类型的表达式转换成void类型。

注意:static_cast不能转换掉expression的const、volatile、或者__unaligned属性。

C++中static_cast和reinterpret_cast的区别

C++primer第五章里写了编译器隐式执行任何类型转换都可由static_cast显示完成; reinterpret_cast通常为操作数的位模式提供较低层的重新解释

static_cast(静态转换):用于明确定义良性和适度良性的转换,包括原来不需要采用强制转换的自动类型转换(包括无损的提升转换和可能丢失信息的窄化转换[narrowing conversion],对后者编译器一般会提出警告)。即将编译器隐式执行的转型弄成显示的。标准C++提倡对任何数据的类型转换(不论是自动的还是强制的),都采用新的*_cast显式类型转换方法。例如:

int i = 0x7fff;  
long l;  
float f;  
char c;  
// (1)典型的非强制转换(自动转换)  
// 传统方式:  
l = i;  
f = i;  
// 提倡的新方式:  
l = static_cast<long>(i);  
f = static_cast<float>(i);  
// (2)窄化转换  
// 传统方式:  
// 会显示警告信息:  
i = l; // 可能丢失数字  
i = f; // 可能丢失信息  
c = i; // 可能丢失数字  
// 不显示警告信息(但仍然难定位):  
i = (int)l;  
i = (int)f;  
c = (char)i;  
// 提倡的新方式(不会显示警告信息,且易定位):  
i = static_cast<int>(l);  
i = static_cast<int>(f);  
c = static_cast<char>(i);  

dynamic_cast (expression)

将一个基类对象指针(或引用)cast到继承类指针,dynamic_cast会根据基类指针是否真正指向继承类指针来做相应处理.

该运算符把expression转换成type-id类型的对象。Type-id 必须是类的指针、类的引用或者void*;
如果 type-id 是类指针类型,那么expression也必须是一个指针,如果 type-id 是一个引用,那么 expression 也必须是一个引用。
dynamic_cast运算符可以在执行期决定真正的类型。如果 downcast 是安全的(也就说,如果基类指针或者引用确实指向一个派生类对象)这个运算符会传回适当转型过的指针。如果 downcast 不安全,这个运算符会传回空指针(也就是说,基类指针或者引用没有指向一个派生类对象)。
dynamic_cast主要用于类层次间的上行转换和下行转换,还可以用于类之间的交叉转换。
dynamic_cast(动态转换):一种安全的向下类型转换(downcast)操作,用于在一个类继承层次上向下移动。

因为每个派生类的基类都只有一个,而且派生类本身又包含了几乎所有的基类信息(private型的除外),所以向上的类型转换(upcast)总是唯一的和比较安全的。
而一个基类往往有多个派生类,而且派生类中一般会在基类的基础上添加了一些特有的数据和操作,所以向下的类型转换总是多态的和不太安全的。
dynamic_cast提供了一种安全的向下类型转换操作,只有当类型转换是正确的并且转换取的成功,返回值才是所需要的指针;否则它将返回0(空指针NULL),表示不是正确的类型。
例如:

class Pet {……};  
class Dog : public Pet {……};  
class Cat : public Pet {……};  
……  
Pet *pPet = new Cat; // 向上的类型转换  
Dog *pDog = dynamic_cast<Dog *>(pPet); // 类型错误,返回0(NULL)  
Cat *pCat = dynamic_cast<Cat *>(pPet); // 类型正确,返回指针  
Cat *pCat = static_cast<Cat *>(pPet); // 正确,减少运行时的开销  

const_cast

const_cast,用于修改类型的const或volatile属性。

const_cast<type_id> (expression)
该运算符用来修改类型的const或volatile属性。除了const 或volatile修饰之外, type_id和expression的类型是一样的。
一、常量指针被转化成非常量的指针,并且仍然指向原来的对象;
二、常量引用被转换成非常量的引用,并且仍然指向原来的对象;
三、const_cast一般用于修改底指针。如const char *p形式。

const_cast(常量转换):可将(同数据类型的)常型(const)转换为非常型、将易变(volatile)型转换为非易变型。如果用于其他类型的转换,一般会产生一个编译错误。例如:

const int i = 0;  
int *pi;  
pi = &i; // 错误  
pi = (int *)&i; // 被反对  
pi = const_cast<int *>(&i); // 完美  
long *pl = const_cast<long *>(&i); // </span><span style="color:#ff6666;">错误,要求是同数据类型</span><span style="color:#333333;">  
volatile int k = 0;  
int *pk = const_cast<int *>(&k); // 正确</span>  

在这四种强制转换中,static_cast最常用(目前还没有流行起来,但是被标准C++着力提倡)、dynamic_cast最重要、const_cast也有用、而reinterpret_cast则很少被使用。
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