[初学C++]四种强制类型转换

1) static_cast<类型说明符> (变量或表达式)

在C++语言中static_cast用于数据类型的强制转换,强制将一种数据类型转换为另一种数据类型。例如将整型数据转换为浮点型数据。
它主要有如下几种用法:

  1. 用于类层次结构中基类和派生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(把基类的指针或引用转换为派生类表示)由于没有动态类型检查,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。这种转换的安全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为void类型
  • 注意:static_cast不能转换掉expression的const、volitale或者__unaligned属性。
  • static_cast:可以实现C++中内置基本数据类型之间的相互转换。
  • 如果涉及到类的话,static_cast只能在有相互联系的类型中进行相互转换,不一定包含虚函数。

2) const_cast<类型说明符> (变量或表达式)

const_cast用于强制去掉const这种不能被修改的常数特性,但需要特别注意的是const_cast不是用于去除变量的常量性,而是去除指向常数对象的指针或引用的常量性,其去除常量性的对象必须为指针或引用。

用法: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。

常量指针被转化成非常量指针,并且仍然指向原来的对象;
常量引用被转换成非常量引用,并且仍然指向原来的对象;
常量对象被转换成非常量对象。

下面代码,变量a一开始就被声明为一个常量变量,不管后面的程序怎么处理,它就是一个常量,就是不会变化的。我们称“*q=20”语句为未定义行为语句,所谓的未定义行为是指在标准的C++规范中并没有明确规定这种语句的具体行为,该语句的具体行为由编译器来自行决定如何处理。对于这种未定义行为的语句我们应该尽量予以避免!
了解了const_cast的使用场景后,可以知道使用const_cast通常是一种无奈之举,同时也建议大家在今后的C++程序设计过程中一定不要利用const_cast去掉指针或引用的常量性并且去修改原始变量的数值,这是一种非常不好的行为。

int main()
{
    const int a = 10;
    const int * p = &a;
    int *q =const_cast<int *>(p);
    *q = 20;    //fine
    cout <<a<<" "<<*p<<" "<<*q<<endl;//a=10 *p=20 *q=20
    return 0;
}

3) reinterpret_cast<类型说明符> (变量或表达式)

在C++语言中,reinterpret_cast主要有三种强制转换用途:
改变指针或引用的类型、将指针或引用转换为一个足够长度的整形、将整型转换为指针或引用类型。

用法:reinterpret_cast<type_id> (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,在把该整数转换成原类型的指针,还可以得到原先的指针值)。
在使用reinterpret_cast强制转换过程仅仅只是比特位的拷贝,因此在使用过程中需要特别谨慎!
int *a = new int;
double *d = reinterpret_cast<double *>(a);
上栗子中,将整型指针通过reinterpret_cast强制转换成了双精度浮点型指针。
reinterpret_cast可以将指针或引用转换为一个足够长度的整形,此中的足够长度具体长度需要多少则取决于操作系统,如果是32位的操作系统,就需要4个字节及以上的整型,如果是64位的操作系统则需要8个字节及以上的整型。

4) dynamic_cast

用法:dynamic_cast<type_id> (expression)

  1. 其他三种都是编译时完成的,dynamic_cast是运行时处理的,运行时要进行类型检查。
  2. 不能用于内置的基本数据类型的强制转换。
  3. dynamic_cast转换如果成功的话返回的是指向类的指针或引用,转换失败的话则会返回NULL。
  4. 使用dynamic_cast进行转换的,基类中一定要有虚函数,否则编译不通过。
    B中需要检测有虚函数的原因:类中存在虚函数,就说明它有想要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。
    这是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(关于虚函数表的概念,详细可见<Inside c++ object model>)中,
    只有定义了虚函数的类才有虚函数表。
  5. 在类的转换时,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。
  • 向上转换,即为子类指针指向父类指针(一般不会出问题);向下转换,即将父类指针转化子类指针。
  • 向下转换的成功与否还与将要转换的类型有关,即要转换的指针指向的对象的实际类型与转换以后的对象类型一定要相同,否则转换失败。
  • 在C++中,编译期的类型转换有可能会在运行时出现错误,特别是涉及到类对象的指针或引用操作时,更容易产生错误。Dynamic_cast操作符则可以在运行期对可能产生问题的类型转换进行测试。
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