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C++中static_cast, dynamic_cast, const_cast用法/使用情況及差別解析

 首先回顧一下C++類型轉換:

C++類型轉換分為:隐式類型轉換和顯式類型轉換

第1部分. 隐式類型轉換

又稱為“标準轉換”,包括以下幾種情況:

1) 算術轉換(Arithmetic conversion) : 在混合類型的算術表達式中, 最寬的資料類型成為目标轉換類型。

int  ival  =   3 ;

double  dval  =   3.14159 ;

ival  +  dval; // ival被提升為double類型

2)一種類型表達式指派給另一種類型的對象:目标類型是被指派對象的類型

C++中static_cast, dynamic_cast, const_cast用法/使用情況及差別解析

int   * pi  =   0 ;  //  0被轉化為int *類型

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ival  =  dval;  //  double->int

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例外:void指針指派給其他指定類型指針時,不存在标準轉換,編譯出錯

3)将一個表達式作為實參傳遞給函數調用,此時形參和實參類型不一緻:目标轉換類型為形參的類型

extern   double  sqrt( double );

cout  <<   " The square root of 2 is  "   <<  sqrt( 2 )  <<  endl;

// 2被提升為double類型:2.0

4)從一個函數傳回一個表達式,表達式類型與傳回類型不一緻:目标轉換類型為函數的傳回類型

double  difference( int  ival1,  int  ival2)

{

     return  ival1  -  ival2;

     // 傳回值被提升為double類型

}

第2部分. 顯式類型轉換

被稱為“強制類型轉換”(cast)

C     風格: (type-id)

C++風格: static_cast、 dynamic_cast、 reinterpret_cast、和 const_cast..

關于強制類型轉換的問題,很多書都讨論過,寫的最詳細的是C++ 之父的《C++ 的設計和演化》。最好的解決方法就是不要使用C風格的強制類型轉換,而是使用标準C++的類型轉換符:static_cast, dynamic_cast。标準C++中有四個類型轉換符: static_cast、 dynamic_cast、 reinterpret_cast、和 const_cast。下面對它們一一進行介紹。

static_cast

用法: static_cast < type-id > ( expression )

說明:該運算符把expression轉換為type-id類型,但沒有運作時類型檢查來保證轉換的安全性。

來源:為什麼需要static_cast強制轉換?

情況1:void指針->其他類型指針

情況2:改變通常的标準轉換

情況3:避免出現可能多種轉換的歧義

它主要有如下幾種用法:

  • 用于類層次結構中基類和子類之間指針或引用的轉換。進行上行轉換(把子類的指針或引用轉換成基類表示)是安全的;進行下行轉換(把基類指針或引用轉換成子類指針或引用)時,由于沒有動态類型檢查,是以是不安全的。
  • 用于基本資料類型之間的轉換,如把int轉換成char,把int轉換成enum。這種轉換的安全性也要開發人員來保證。
  • 把void指針轉換成目标類型的指針(不安全!!)
  • 把任何類型的表達式轉換成void類型。

注意:static_cast不能轉換掉expression的const、volitale、或者__unaligned屬性。

dynamic_cast

用法: dynamic_cast < type-id > ( expression )

說明:該運算符把expression轉換成type-id類型的對象。Type-id必須是類的指針、類的引用或者void *;如果type-id是類指針類型,那麼expression也必須是一個指針,如果type-id是一個引用,那麼expression也必須是一個引用。

來源:為什麼需要dynamic_cast強制轉換?

簡單的說,當無法使用virtual函數的時候

典型案例:

Wicrosoft公司提供給我們一個類庫,其中提供一個類Employee.以頭檔案Eemployee.h和類庫.lib分發給使用者

顯然我們并無法得到類的實作的源代碼

// Emplyee.h

class  Employee 

{

public :

     virtual   int  salary();

};

class  Manager :  public  Employee

{

public : 

     int  salary();

};

class  Programmer :  public  Employee

{

public :

     int  salary();

};

我們公司在開發的時候建立有如下類:

class  MyCompany

{

public :

     void  payroll(Employee  * pe);

     //

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};

void  MyCompany::payroll(Employee  * pe)

{

     // do something

}

但是開發到後期,我們希望能增加一個bonus()的成員函數到W$公司提供的類層次中。

假設我們知道源代碼的情況下,很簡單,增加虛函數:

// 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

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int  Programmer::bonus()

{

     //

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}
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payroll()通過多态來調用bonus()

class  MyCompany

{

public :

     void  payroll(Employee  * pe);

     //

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};

void  MyCompany::payroll(Employee  * pe)

{

     // do something

    //pe->bonus();

}

但是現在情況是,我們并不能修改源代碼,怎麼辦?dynamic_cast華麗登場了!

在Employee.h中增加bonus()聲明,在另一個地方定義此函數,修改調用函數payroll().重新編譯,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(); // 直接在這裡擴充

};

// somewhere.cpp

int  Programmer::bonus()

{

     // define

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}

class  MyCompany

{

public :

     void  payroll(Employee  * pe);

     //

};

void  MyCompany::payroll(Employee  * pe)

{

    Programmer  * pm  =  dynamic_cast < Programmer  *> (pe);

     // 如果pe實際指向一個Programmer對象,dynamic_cast成功,并且開始指向Programmer對象起始處

     if (pm)

    {

         // call Programmer::bonus()

    }

    //如果pe不是實際指向Programmer對象,dynamic_cast失敗,并且pm = 0

     else

    {

         // use Employee member functions

    }

}

dynamic_cast主要用于類層次間的上行轉換和下行轉換,還可以用于類之間的交叉轉換。

在類層次間進行上行轉換時,dynamic_cast和static_cast的效果是一樣的;在進行 下行轉換時, dynamic_cast具有類型檢查的功能,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);

}

在上面的代碼段中,

如果pb實際指向一個Derived類型的對象,pd1和pd2是一樣的,并且對這兩個指針執行Derived類型的任何操作都是安全的;

如果pb實際指向的是一個Base類型的對象,那麼pd1将是一個指向該對象的指針,對它進行Derived類型的操作将是不安全的(如通路m_szName),而pd2将是一個空指針(即0,因為dynamic_cast失敗)。

另外要注意:Base要有虛函數,否則會編譯出錯;static_cast則沒有這個限制。這是由于運作時類型檢查需要運作時類型資訊,而這個資訊存儲在類的虛函數表(關于虛函數表的概念,詳細可見<Inside c++ object model>)中,隻有定義了虛函數的類才有虛函數表,沒有定義虛函數的類是沒有虛函數表的。

另外, dynamic_cast還支援交叉轉換(cross cast)。如下代碼所示。

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;

}

在函數foo中,使用 static_cast進行轉換是不被允許的,将在編譯時出錯;而使用 dynamic_cast的轉換則是允許的,結果是空指針。

reinpreter_cast

用法: reinpreter_cast<type-id> (expression)

說明:type-id必須是一個指針、引用、算術類型、函數指針或者成員指針。它可以把一個指針轉換成一個整數,也可以把一個整數轉換成一個指針(先把一個指針轉換成一個整數,在把該整數轉換成原類型的指針,還可以得到原先的指針值)。

該運算符的用法比較多。

const_cast

用法: const_cast<type_id> (expression)

說明:該運算符用來修改類型的const或volatile屬性。除了const 或volatile修飾之外, type_id和expression的類型是一樣的。

常量指針被轉化成非常量指針,并且仍然指向原來的對象;常量引用被轉換成非常量引用,并且仍然指向原來的對象;常量對象被轉換成非常量對象。

Voiatile和const類試。舉如下一例:

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

}

上面的代碼編譯時會報錯,因為b1是一個常量對象,不能對它進行改變;使用const_cast把它轉換成一個常量對象,就可以對它的資料成員任意改變。注意:b1和b2是兩個不同的對象。