C++基础入门篇之强制转换

引言

假设有基类 A，包含了虚函数 func1，以及有派生类 B，继承于类 A，派生类 B 中实现了函数 func1。此时可以用 A 类型的指针指向 B 类型的对象，并用 A 类型的指针调用 B 类型对象中的函数 func1。这时，就形成了多态。包含虚函数的类 A，我们也称为多态类。

由于派生类 B 完整包含了基类 A 的所有定义，将 B 类型的指针转换为 A 类型的指针总是安全的。

而将 A 类型的指针强制转换为 B 类型的指针时，如果 A 类型指针指向的对象确实为 B 类型的对象，那么转换也是安全的。此时，该 B 类型对象被称为完整对象(complete object)。

强制转换有哪些类型？

C++ 包含了以下几种强制转换运算符，这些运算符用于消除老式 C 语言转换中的存在的歧义和隐患：

dynamic_cast
static_cast
const_cast
reinterpret_cast
safe_cast

本文会着重介绍如何使用 dynamic_cast 和 static_cast。

提醒：

除非必须，不要使用 const_cast 和 reinterpret_cast，因为它们存在一些老式 C 语言转换中的隐患。

dynamic_cast 运算符

语法：

 dynamic_cast <type-id> (expression)

type-id 必须是一个指针或者引用，指向/引用已定义的类类型或者 void。如果type-id 是指针，则 expression 必须也为指针类型，如果 type-id 是引用，expression 必须为左值类型。

如果 type-id 是 void*，那么在运行时将检测 expression 的实际类型。其结果返回 expression 指向的完整对象。

如非需要，现代 C++ 中应该避免使用 void 指针，因为容易出错。

下面看些示例，了解 dynamic_cast 的使用方式。

示例1：

class Root { };
class Base : public Root { };
class Derived : public Base { };

void f(Derived* pd) {
 Base* pb = dynamic_cast<Base*>(pd); // ok: Base is a direct base class
         // pb points to Base subobject of pd
 Root* pr = dynamic_cast<Root*>(pd); // ok: Root is an indirect base class
         // pr points to Root subobject of pd
}

示例1 中提到了子对象(subobject)的概念，注意与子类型进行区分：

Root 类型包含子类型 Base，Base 类型包含子类型 Derived。
Derived 对象包含了 Base 类型的子对象，Base 类型的子对象又包含了 Root 类型的子对象。

再联系下前面说的：派生类完整包含了基类的所有定义。

示例2：

class B {virtual void f();};
class D : public B {virtual void f();};

void f() {
 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 was nullptr.
}

示例2 中通过 dynamic_cast 转换为 pd2 时，不会报错，返回 nullptr。但如果同样地情况转换的对象是引用类型，那么运行时会抛出 std::bad_cast 异常。如果 pb2 指向/引用的对象无效，同样也会抛出异常。

示例3：

#include <stdio.h>
#include <iostream>

struct A {
 virtual void test() {
  printf_s("in A\n");
 }
};

struct B : A {
 virtual void test() {
  printf_s("in B\n");
 }

 void test2() {
  printf_s("test2 in B\n");
 }
};

struct C : B {
 virtual void test() {
  printf_s("in C\n");
 }

 void test2() {
  printf_s("test2 in C\n");
 }
};

void Globaltest(A& a) {
 try {
  C &c = dynamic_cast<C&>(a);
  printf_s("in GlobalTest\n");
 }
 catch(std::bad_cast) {
  printf_s("Can't cast to C\n");
 }
}

int main() {
 A *pa = new C;
 A *pa2 = new B;

 pa->test();

 B * pb = dynamic_cast<B *>(pa);
 if (pb)
  pb->test2();

 C * pc = dynamic_cast<C *>(pa2);
 if (pc)
  pc->test2();

 C ConStack;
 Globaltest(ConStack);

 // will fail because B knows nothing about C
 B BonStack;
 Globaltest(BonStack);
}
Output:

in C
test2 in B
in GlobalTest
Can't cast to C

static_cast 运算符

语法：

static_cast <type-id> (expression)

static_cast 通常用于数值类型转换，例如枚举和整型，整型和浮点类型的转换。

在标准 C++ 中，static_cast 转换没有运行时检测来保证安全性。在 C++/CX 中，则包含了编译和运行时检测。

static_cast 运算符能够用于将基类指针转换为派生类指针，但这样的转换不总是安全的。

下面还是通过示例进行讲解。

示例1：

class B {};
class D : public B {};

void f(B* pb, D* pd) {
 D* pd2 = static_cast<D*>(pb); // Not safe, D can have fields
         // and methods that are not in B.

 B* pb2 = static_cast<B*>(pd); // Safe conversion, D always
         // contains all of B.
}

示例1 中 pd2 不为空，当用指针 pd2 调用 B 类型对象不存在的方法或者成员时可能会发生运行时错误（比如调用虚函数）或者返回非预期的值。

示例2：

typedef unsigned char BYTE;

void f() {
 char ch;
 int i = 65;
 float f = 2.5;
 double dbl;

 ch = static_cast<char>(i); // int to char
 dbl = static_cast<double>(f); // float to double
 i = static_cast<BYTE>(ch);
}

示例2 中 static_cast 运算符显示地将内置类型进行转换。

关于 static_cast 运算符，还有以下几种使用情况：

static_cast 能够显式的将整型转换为枚举类型。如果整型值不在枚举值范围内，那么返回的枚举值是未定义的。
static_cast 能将任何 expression 显式地转换为 void 类型。
static_cast 操作符不会去除 const，volatile，__unaligned 属性。

区分几种强制转换的使用场景

dynamic_cast 主要用于多态类型的强制转换，而 static_cast 主要用于非多态类型的强制转换。

static_cast 转换不像 dynamic_cast 那样安全。因为 static_cast 没有运行时检测。通过 dynamic_cast 进行转换时，一旦存在歧义，就会导致失败，然而 static_cast 会像没有错误发生一样返回结果。尽管 dynamic_cast 更加安全，但 dynamic_cast 仅适用于指针和引用，并且运行时检测是需要消耗性能的。

示例：

class B {
public:
 virtual void Test(){}
};
class D : public B {};

void f(B* pb) {
 D* pd1 = dynamic_cast<D*>(pb);
 D* pd2 = static_cast<D*>(pb);
}

如果 pb 实际指向类型 D 或者 pd == 0，那么 pd1 和 pd2 将获得相同的值。

如果 pb 实际指向类型 B，那么 dynamic_cast 会返回 0。但是 static_cast 依赖于 expression 认定 pb 指向 D 类型对象，于是简单的返回 D 类型的指针。

结果就是，static_cast 转换会继续执行，但其返回结果是未定义的。这就需要调用者去进一步验证转换结果是有效的。

引用

https://docs.microsoft.com/en-us/cpp/cpp/casting?view=msvc-160

总结

到此这篇关于C++基础入门篇之强制转换的文章就介绍到这了,更多相关C++强制转换内容请搜索自学编程网以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持自学编程网！

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