C++中的类型转换static_cast、dynamic_cast、const_cast和reinterpret_cast总结

 更新时间:2014年10月01日 13:33:47   作者:果冻想  
这篇文章主要介绍了C++中的类型转换static_cast、dynamic_cast、const_cast和reinterpret_cast总结,需要的朋友可以参考下

前言

这篇文章总结的是C++中的类型转换,这些小的知识点,有的时候,自己不是很注意,但是在实际开发中确实经常使用的。俗话说的好,不懂自己写的代码的程序员,不是好的程序员;如果一个程序员对于自己写的代码都不懂,只是知道一昧的的去使用,终有一天,你会迷失你自己的。

C++中的类型转换分为两种:

1.隐式类型转换;
2.显式类型转换。

而对于隐式变换,就是标准的转换,在很多时候,不经意间就发生了,比如int类型和float类型相加时,int类型就会被隐式的转换位float类型,然后再进行相加运算。而关于隐式转换不是今天总结的重点,重点是显式转换。在标准C++中有四个类型转换符:static_cast、dynamic_cast、const_cast和reinterpret_cast;下面将对它们一一的进行总结。

static_cast

static_cast的转换格式:static_cast <type-id> (expression)

将expression转换为type-id类型,主要用于非多态类型之间的转换,不提供运行时的检查来确保转换的安全性。主要在以下几种场合中使用:

1.用于类层次结构中,基类和子类之间指针和引用的转换;
当进行上行转换,也就是把子类的指针或引用转换成父类表示,这种转换是安全的;
当进行下行转换,也就是把父类的指针或引用转换成子类表示,这种转换是不安全的,也需要程序员来保证;

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等等,这种转换的安全性需要程序员来保证;

3.把void指针转换成目标类型的指针,是及其不安全的;

注:static_cast不能转换掉expression的const、volatile和__unaligned属性。

dynamic_cast

dynamic_cast的转换格式:dynamic_cast <type-id> (expression)

将expression转换为type-id类型,type-id必须是类的指针、类的引用或者是void *;如果type-id是指针类型,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。在类层次间进行上行转换时,dynamic_cast和static_cast的效果是一样的;在进行下行转换时,dynamic_cast具有类型检查的功能,比static_cast更安全。在多态类型之间的转换主要使用dynamic_cast,因为类型提供了运行时信息。下面我将分别在以下的几种场合下进行dynamic_cast的使用总结:

1.最简单的上行转换

比如B继承自A,B转换为A,进行上行转换时,是安全的,如下:

复制代码 代码如下:

#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.多重继承之间的上行转换

C继承自B,B继承自A,这种多重继承的关系;但是,关系很明确,使用dynamic_cast进行转换时,也是很简单的:

复制代码 代码如下:

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
}

而上述的转换,static_cast和dynamic_cast具有同样的效果。而这种上行转换,也被称为隐式转换;比如我们在定义变量时经常这么写:B *pB = new C;这和上面是一个道理的,只是多加了一个dynamic_cast转换符而已。

3.转换成void *

可以将类转换成void *,例如:

复制代码 代码如下:

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,在类A和类B中必须包含虚函数,为什么呢?因为类中存在虚函数,就说明它有想让基类指针或引用指向派生类对象的情况,此时转换才有意义;由于运行时类型检查需要运行时类型信息,而这个信息存储在类的虚函数表中,只有定义了虚函数的类才有虚函数表。

4.如果expression是type-id的基类,使用dynamic_cast进行转换时,在运行时就会检查expression是否真正的指向一个type-id类型的对象,如果是,则能进行正确的转换,获得对应的值;否则返回NULL,如果是引用,则在运行时就会抛出异常;例如:

复制代码 代码如下:

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
}

这个就是下行转换,从基类指针转换到派生类指针。
对于一些复杂的继承关系来说,使用dynamic_cast进行转换是存在一些陷阱的;比如,有如下的一个结构:

D类型可以安全的转换成B和C类型,但是D类型要是直接转换成A类型呢?

复制代码 代码如下:

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
}

如果进行上面的直接转,你将会得到一个NULL的pA指针;这是因为,B和C都继承了A,并且都实现了虚函数Func,导致在进行转换时,无法进行抉择应该向哪个A进行转换。正确的做法是:

复制代码 代码如下:

int main()
{
     D *pD = new D;
     B *pB = dynamic_cast<B *>(pD);
     A *pA = dynamic_cast<A *>(pB);
}

这就是我在实现QueryInterface时,得到IUnknown的指针时,使用的是*ppv = static_cast<IX *>(this);而不是*ppv = static_cast<IUnknown *>(this);

对于多重继承的情况,从派生类往父类的父类进行转时,需要特别注意;比如有下面这种情况:

现在,你拥有一个A类型的指针,它指向E实例,如何获得B类型的指针,指向E实例呢?如果直接进行转的话,就会出现编译器出现分歧,不知道是走E->C->B,还是走E->D->B。对于这种情况,我们就必须先将A类型的指针进行下行转换,获得E类型的指针,然后,在指定一条正确的路线进行上行转换。

上面就是对于dynamic_cast转换的一些细节知识点,特别是对于多重继承的情况,在实际项目中,很容易出现问题。

const_cast

const_cast的转换格式:const_cast <type-id> (expression)

const_cast用来将类型的const、volatile和__unaligned属性移除。常量指针被转换成非常量指针,并且仍然指向原来的对象;常量引用被转换成非常量引用,并且仍然引用原来的对象。看以下的代码例子:

复制代码 代码如下:

/*
** FileName     : ConstCastDemo
** Author       : Jelly Young
** Date         : 2013/12/27
** Description  : More information, please go to https://www.jb51.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:你不能直接对非指针和非引用的变量使用const_cast操作符去直接移除它的const、volatile和__unaligned属性。

reinterpret_cast

reinterpret_cast的转换格式:reinterpret_cast <type-id> (expression)

允许将任何指针类型转换为其它的指针类型;听起来很强大,但是也很不靠谱。它主要用于将一种数据类型从一种类型转换为另一种类型。它可以将一个指针转换成一个整数,也可以将一个整数转换成一个指针,在实际开发中,先把一个指针转换成一个整数,在把该整数转换成原类型的指针,还可以得到原来的指针值;特别是开辟了系统全局的内存空间,需要在多个应用程序之间使用时,需要彼此共享,传递这个内存空间的指针时,就可以将指针转换成整数值,得到以后,再将整数值转换成指针,进行对应的操作。

总结

这篇博文总结了C++中的类型转换,重点总结了其中的显式转换。对于C++支持的这四种显式转换都进行了详细的描述。如果大家有什么补充的,或者我总结的有误的地方,请大家多多指教。

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