C++类型转换总结

本章内容：
1 前言
2 static_cast
3 dynamic_cast
4 const_cast
5 reinterpret_cast

1 前言

• C++中类型转换分为两种：

  1. 隐式类型转换
  2. 显式类型转换。

• 对于隐式类型转换，其实就是标准的转换，在很多时候不经意间就发生了，比如int和float相加的时候，int类型就会被隐式转换为float类型，然后再进行加运算。而今天的重点主要讲解显式类转换，在C++中有四个类型转换符：static_cast、dynamic_cast、const_cast和reinterpret_cast，下面我们对这四个转换符进行总结。

2 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expression的const、volatile和__unaligned属性。

3 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，示例如下：
  #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：
     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：
  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：
     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：

  
  
  转换结构

• 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？

    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：

    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：

  
  
  多重集成结构

• 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。

4 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：

    #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);
        b.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。

5 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。