c++强制类型转换：dynamic_cast、const_cast 、static_cast、reinterpret_cast

清疚 2022-04-08 13:39 260阅读 0赞

**首先回顾一下C++类型转换：**

## C++类型转换分为：隐式类型转换和显式类型转换    ##

## 第1部分. 隐式类型转换 ##

又称为“标准转换”，包括以下几种情况：

**1)** 算术转换(Arithmetic conversion) : 在混合类型的算术表达式中, 最宽的数据类型成为目标转换类型。

int ival = 3;
    double dval = 3.14159;
    
    ival + dval;//ival被提升为double类型

**2)**一种类型表达式赋值给另一种类型的对象：目标类型是被赋值对象的类型

int *pi = 0; // 0被转化为int *类型
    ival = dval; // double->int

例外：void指针赋值给其他指定类型指针时，不存在标准转换，编译出错  
  
**3)**将一个表达式作为实参传递给函数调用，此时形参和实参类型不一致：目标转换类型为形参的类型

extern double sqrt(double);
    
    cout << "The square root of 2 is " << sqrt(2) << endl;
    //2被提升为double类型：2.0

**4)**从一个函数返回一个表达式，表达式类型与返回类型不一致：目标转换类型为函数的返回类型

double difference(int ival1, int ival2)
    {
        return ival1 - ival2;
        //返回值被提升为double类型
    }

## 第2部分. 显式类型转换 ##

被称为“强制类型转换”(cast)  
C 风格： (type-id)  
C++风格： **static\_cast**、**dynamic\_cast**、**reinterpret\_cast**、和**const\_cast..**

关于强制类型转换的问题，很多书都讨论过，写的最详细的是C++ 之父的《C++ 的设计和演化》。最好的解决方法就是不要使用C风格的强制类型转换，而是使用标准C++的类型转换符：static\_cast, dynamic\_cast。标准C++中有四个类型转换符：**static\_cast**、**dynamic\_cast**、**reinterpret\_cast**、和**const\_cast**。下面对它们一一进行介绍。

### **1.static\_cast** ###

用法：**static\_cast** < type-id > ( expression )

说明：该运算符把expression转换为type-id类型，但没有运行时类型检查来保证转换的安全性。

来源：为什么需要static\_cast强制转换？  
情况1：void指针->其他类型指针  
情况2：改变通常的标准转换  
情况3：避免出现可能多种转换的歧义

它主要有如下几种用法：

*  用于类层次结构中基类和子类之间指针或引用的转换。进行上行转换（把子类的指针或引用转换成基类表示）是安全的；进行下行转换（把基类指针或引用转换成子类指针或引用）时，由于没有动态类型检查，所以是不安全的。
 *  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。这种转换的安全性也要开发人员来保证。
 *  把void指针转换成目标类型的指针(不安全!!)
 *  把任何类型的表达式转换成void类型。

**注意：static\_cast不能转换掉expression的const、volitale、或者\_\_unaligned属性。**

### **2.dynamic\_cast** ###

用法：**dynamic\_cast** < type-id > ( expression )

说明：该运算符把expression转换成type-id类型的对象。Type-id必须是类的指针、类的引用或者void \*；如果type-id是类指针类型，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。

来源：为什么需要dynamic\_cast强制转换？  
简单的说，当无法使用virtual函数的时候  
  
典型案例：  
Wicrosoft公司提供给我们一个类库，其中提供一个类Employee.以头文件Eemployee.h和类库.lib分发给用户  
显然我们并无法得到类的实现的源代码

我们公司在开发的时候建立有如下类:

class MyCompany
    {
    public:
        void payroll(Employee *pe);
        //
    };
    
    void MyCompany::payroll(Employee *pe)
    {
        //do something
    }

但是开发到后期，我们希望能增加一个bonus()的成员函数到W$公司提供的类层次中。  
假设我们知道源代码的情况下，很简单，增加虚函数：

//Emplyee.h
    class Employee 
    {
    public:
        virtual int salary();
        virtual int bonus();
    };
    
    class Manager : public Employee
    {
    public: 
        int salary();
    };
    
    class Programmer : public Employee
    {
    public:
        int salary();
        int bonus();
    };
    
    //Emplyee.cpp
    
    int Programmer::bonus()
    {
        //
    }
    
    
    payroll()通过多态来调用bonus()
    
    class MyCompany
    {
    public:
        void payroll(Employee *pe);
        //
    };
    
    void MyCompany::payroll(Employee *pe)
    {
        //do something
        //pe->bonus();
    }

但是现在情况是，我们并不能修改源代码，怎么办？dynamic\_cast华丽登场了！  
在Employee.h中增加bonus()声明，在另一个地方定义此函数，修改调用函数payroll().重新编译，ok

//Emplyee.h
    class Employee 
    {
    public:
        virtual int salary();
    };
    
    class Manager : public Employee
    {
    public: 
        int salary();
    };
    
    class Programmer : public Employee
    {
    public:
        int salary();
        int bonus();//直接在这里扩展
    };
    
    //somewhere.cpp
    
    int Programmer::bonus()
    {
        //define
    }
    
    
    
    class MyCompany
    {
    public:
        void payroll(Employee *pe);
        //
    };
    
    void MyCompany::payroll(Employee *pe)
    {
        Programmer *pm = dynamic_cast<Programmer *>(pe);
        
        //如果pe实际指向一个Programmer对象,dynamic_cast成功，并且开始指向Programmer对象起始处
        if(pm)
        {
            //call Programmer::bonus()
        }
        //如果pe不是实际指向Programmer对象，dynamic_cast失败，并且pm = 0
        else
        {
            //use Employee member functions
        }
    }

**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。

class Base
    {
    public:
        int m_iNum;
        virtual void foo();
    };
    
    class Derived:public Base
    {
    public:
        char *m_szName[100];
    };
    
    void func(Base *pb)
    {
        Derived *pd1 = static_cast<Derived *>(pb);
    
        Derived *pd2 = dynamic_cast<Derived *>(pb);
    }

在上面的代码段中，  
如果pb实际指向一个Derived类型的对象，pd1和pd2是一样的，并且对这两个指针执行Derived类型的任何操作都是安全的；  
如果pb实际指向的是一个Base类型的对象，那么pd1将是一个指向该对象的指针，对它进行Derived类型的操作将是不安全的（如访问m\_szName），而pd2将是一个空指针(即0，因为dynamic\_cast失败)。  
另外要注意：Base要有虚函数，否则会编译出错；static\_cast则没有这个限制。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，没有定义虚函数的类是没有虚函数表的。  
  
另外，**dynamic\_cast**还支持交叉转换（cross cast）。如下代码所示。

class Base
    {
    public:
        int m_iNum;
        virtual void f(){}
    };
    
    
    
    class Derived1 : public Base
    {
    
    };
    
    class Derived2 : public Base
    {
    
    };
    
    void foo()
    {
        derived1 *pd1 = new Drived1;
    
        pd1->m_iNum = 100;
    
        Derived2 *pd2 = static_cast<Derived2 *>(pd1); //compile error
    
        Derived2 *pd2 = dynamic_cast<Derived2 *>(pd1); //pd2 is NULL
    
        delete pd1;
    }

在函数foo中，使用**static\_cast**进行转换是不被允许的，将在编译时出错；而使用 **dynamic\_cast**的转换则是允许的，结果是空指针。

### **3.reinpreter\_cast** ###

用法：**reinpreter\_cast**<type-id> (expression)

说明：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）。  
该运算符的用法比较多。

### **4.const\_cast** ###

用法：**const\_cast**<type\_id> (expression)

说明：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。  
  
Voiatile和const类试。举如下一例：

class B{
    
    public:
    
    int m_iNum;
    
    }
    
    void foo(){
    
    const B b1;
    
    b1.m_iNum = 100; //comile error
    
    B b2 = const_cast<B>(b1);
    
    b2. m_iNum = 200; //fine
    }

上面的代码编译时会报错，因为b1是一个常量对象，不能对它进行改变；使用const\_cast把它转换成一个常量对象，就可以对它的数据成员任意改变。注意：b1和b2是两个不同的对象。