【c++】强制类型转化

news2024/9/24 17:21:24

一、前言

在C++语言中新增了四个关键字static_cast、const_cast、reinterpret_cast和dynamic_cast。这四个关键字都是用于强制类型转换的。

新类型的强制转换可以提供更好的控制强制转换过程，允许控制各种不同种类的强制转换。

C++中风格是static_cast<type>(content)。C++风格的强制转换其他的好处是，它们能更清晰的表明它们要干什么。程序员只要扫一眼这样的代码，就能立即知道一个强制转换的目的。

二、static_case

static_case:静态转换是最常用的一种类型转换，它可以在不同但相关的类型之间进行转换，如基本数据类型之间的转换、父类指针向子类指针的转换等。但是需要注意的是，静态转换没有运行时类型检查，因此在进行转换时需要确保类型之间是相关的，否则可能会导致错误。

int a = 10;
int b = 3;
double result = (double)a / (double)b;

它主要有如下几种用法：

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，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。这种转换的安全也要开发人员来保证
把空指针转换成目标类型的空指针
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。

三、const_cast

在C语言中，const限定符通常被用来限定变量，用于表示该变量的值不能被修改。

而const_cast则正是用于强制去掉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。

示例代码：

const int a = 100;
int* p = const_cast<int*>(&a);
*p = 200;

cout << *p << endl;
cout << a << endl;

运行截图：

在上面的例子中，用p指向常量a，并且用const_cast去除p指针的常性，再对p指针解引用进行赋值，发现p中存放的值是被改变，但是a的值还是没有改变。

为什么相同的地址，*p的值改变了，但是a的值没有改变？

其实这是一件好事，我们要庆幸a变量最终的值没有变成200！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。一旦一个项目工程非常庞大的时候，在程序某个地方出现了一个p这样的指针，它可以修改常量a，这是一件很可怕的事情的，可以说是一个程序的漏洞，毕竟将变量a声明为常量就是不希望修改它，如果后面能修改，这就太恐怖了。

如果加上volatile呢？

volatile const int a = 100;
int* p = const_cast<int*>(&a);
*p = 200;

cout << *p << endl;
cout << a << endl;

如果不加volatile，a就没有被修改，因为编译器做出的优化，将const修饰的a的值直接存放到寄存器当中，或者直接将a替换成2，加了volatile就会去内存当中寻找a的值，就能修改。

四、reinterpret_cast

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。

//reinterpret_cast 不相近类型之间的转换
int main()
{
	double d = 12.34;
	int a = static_cast<int>(d);
	cout << a << endl;//12
	//int *p = static_cast<int*>(&a);这里使用static_cast会报错，应该使用reinterpret_cast
	int* p = reinterpret_cast<int*>(&a);
    cout << *p << endl;//12
	return 0;
}

在使用reinterpret_cast强制转换过程仅仅只是比特位的拷贝，这种转换的结果会导致实际编程中的指针指向的内容是不明确的，因此需要开发者自行确保转换的安全性，谨慎使用。

五、dynamic_cast

以上三种强制类型转化都是编译时完成的，dynamic_cast是在运行时处理的，运行时要进行类型检查
不能用于基本数据类型的强制转换，一般是用于父类指针或者引用向子类指针或者引用进行类型转换。
如果转化成功的话，返回指向类的指针或者引用，如果转化失败的话，是返回NULL。
要使用dynamic_cast进行转化，基类一定要有虚函数，否则编译不通过。因为只有当类中存在虚函数，就说明它有想让基类指针或者引用指向派生类对象的情况，此时进行了类型转换才有意义。运行时类型检查需要运行时类型信息，这个信息保存在虚函数表当中。
相比static_cast，上行转换的效果一致，但下行转换时，dynamic_cast多了类型检查，比static_cast更加安全。

#include <iostream>
 
class Base {
public:
    virtual ~Base() {}
};
 
class Derived : public Base {
public:
    void DerivedMethod() {
        std::cout << "Derived method called." << std::endl;
    }
};
 
int main() {
    Base* da = new Derived;
    Derived* db = dynamic_cast<Derived*>(da);
    if (db) {
        db->DerivedMethod();
    }
    else {
        std::cout << "dynamic_cast failed." << std::endl;
    }
 
    delete da;
    return 0;
}

结果：