C++中的四种类型转换运算符static_cast、dynamic_cast、const_cast和reinterpret_cast的使用

佐手、 提交于 2020-04-24 08:21:08

1、上一遍讲述了C语言的隐式类型转换和显示类型转换,C语言之所以增加强制类型转换,就是为了强调转换的风险性,但这种强调风险的方式是比较粗放了,粒度比较大,它并没有表明存在什么风险,风险程度如何。

2、为了使潜在风险更加细化,使问题追溯更加方便,使书写格式更加规范,C++ 对类型转换进行了分类,并新增了四个关键字来予以支持,它们分别是:

关键字 说明
static_cast 用于良性转换,一般不会导致意外发生,风险很低。
const_cast 用于 const 与非 const、volatile 与非 volatile 之间的转换。
reinterpret_cast 高度危险的转换,这种转换仅仅是对二进制位的重新解释,不会借助已有的转换规则对数据进行调整,但是可以实现最灵活的 C++ 类型转换。
dynamic_cast 借助 RTTI,用于类型安全的向下转型(Downcasting)。

这四个关键字的语法格式都是一样的,具体为:

xxx_cast<newType>(data)

newType 是要转换成的新类型,data 是被转换的数据。例如:

老式的C风格的 double 转 int 的写法为:

  double scores = 95.5;

  int n = (int)scores;

C++ 新风格的写法为:

  double scores = 95.5;

  int n = static_cast<int>(scores);

3、static_cast:

  一、只能用于良性转换,这样的转换风险较低,一般不会发生什么意外,例如:

  • 原有的自动类型转换,例如 short 转 int、int 转 double、向上转型等;
  • void 指针和具体类型指针之间的转换,例如void *int *char *void *等;
  • 有转换构造函数或者类型转换函数的类与其它类型之间的转换。

  二、需要注意的是,static_cast 不能用于无关类型之间的转换,因为这些转换都是有风险的,例如:

  • 两个具体类型指针之间的转换,例如int *double *Student *int *等。
  • int 和指针之间的转换。将一个具体的地址赋值给指针变量是非常危险的,因为该地址上的内存可能没有分配,也可能没有读写权限,恰好是可用内存反而是小概率事件。

  三、static_cast 也不能用来去掉表达式的 const 修饰和 volatile 修饰。换句话说,不能将 const/volatile 类型转换为非 const/volatile 类型。
  四、static_cast 是“静态转换”的意思,也就是在编译期间转换,转换失败的话会抛出一个编译错误。

  下面的代码演示了 static_cast 的正确用法和错误用法:

  class Complex

  {

  public:

    Complex(double real = 0.0, double imag = 0.0): m_real(real), m_imag(imag){ }

  public:

    operator double() const { return m_real; } //类型转换函数

  private:

    double m_real;

    double m_imag;

  };

  

  int main()

  {

    //下面是正确的用法

    int m = 100;

    Complex c(12.5, 23.8);

    long n = static_cast<long>(m);           //宽转换,没有信息丢失

    char ch = static_cast<char>(m);          //窄转换,可能会丢失信息

    int *p1 = static_cast<int*>( malloc(10 * sizeof(int)) ); //将void指针转换为具体类型指针

    void *p2 = static_cast<void*>(p1);         //将具体类型指针,转换为void指针

    double real= static_cast<double>(c);         //调用类型转换函数

    //下面的用法是错误的

    float *p3 = static_cast<float*>(p1); //不能在两个具体类型的指针之间进行转换

    p3 = static_cast<float*>(0X2DF9); //不能将整数转换为指针类型

    return 0;

  }

4、const_cast:

  const_cast 比较好理解,它用来去掉表达式的 const 修饰或 volatile 修饰。换句话说,const_cast 就是用来将 const/volatile 类型转换为非 const/volatile 类型。

  下面的代码说明 const_cast 的用法:

  int main()

  {

    const int n = 100;

    int *p = const_cast<int*>(&n);

    *p = 234;

    cout<<"n = "<<n<<endl;     //n=100

    cout<<"*p = "<<*p<<endl;  //*p=234;

    return 0;

  }

5、reinterpret_cast:

  reinterpret 是“重新解释”的意思,顾名思义,reinterpret_cast 这种转换仅仅是对二进制位的重新解释,不会借助已有的转换规则对数据进行调整,非常简单粗暴,所以风险很高。
  reinterpret_cast 可以认为是 static_cast 的一种补充,一些 static_cast 不能完成的转换,就可以用 reinterpret_cast 来完成,例如两个具体类型指针之间的转换、int 和指针之间的转换(有些编译器只允许   int 转指针,不允许反过来)。
  下面的代码代码说明 reinterpret_cast 的使用:

  class A

  {

  public:

    A(int a = 0, int b = 0): m_a(a), m_b(b){}

  private:

 

    int m_a;

    int m_b;

  };

 

  int main()

  {

    char str[]="http://c.biancheng.net";  //将 char* 转换为 float*

    float *p1 = reinterpret_cast<float*>(str);

    cout<<*p1<<endl;

    int *p = reinterpret_cast<int*>(100);//将 int 转换为 int*

    p = reinterpret_cast<int*>(new A(25, 96));//将 A* 转换为 int*

    cout<<*p<<endl;

    return 0;

  }

  运行结果:

  3.0262e+29
  25
  可以想象,用一个 float 指针来操作一个 char 数组是一件多么荒诞和危险的事情,这样的转换方式不到万不得已的时候不要使用。将A*转换为int*,使用指针直接访问 private 成员刺穿了一个类的封装性,更好的办法是让类提供 get/set 函数,间接地访问成员变量。

6、dynamic_cast:

  dynamic_cast 用于在类的继承层次之间进行类型转换,它既允许向上转型(Upcasting),也允许向下转型(Downcasting)。向上转型是无条件的,不会进行任何检测,所以都能成功;向下转型的前提必须是安全的,要借助 RTTI 进行检测,所有只有一部分能成功。
  dynamic_cast 与 static_cast 是相对的,dynamic_cast 是“动态转换”的意思,static_cast 是“静态转换”的意思。dynamic_cast 会在程序运行期间借助 RTTI 进行类型转换,这就要求基类必须包含虚函数;static_cast 在编译期间完成类型转换,能够更加及时地发现错误。
  dynamic_cast 的语法格式为:

  dynamic_cast <newType> (expression)

  newType 和 expression 必须同时是指针类型或者引用类型。换句话说,dynamic_cast 只能转换指针类型和引用类型,其它类型(int、double、数组、类、结构体等)都不行。
  对于指针,如果转换失败将返回 NULL;对于引用,如果转换失败将抛出std::bad_cast异常。

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