C++第五十弹---类型转换全解析：从静态到动态，一网打尽

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💗系列专栏：【C语言详解】【数据结构详解】【C++详解】

1. C语言中的类型转换

2. 为什么C++需要四种类型转换

2.1、内置类型 -> 自定义类型

2.2、自定义类型 -> 内置类型

2.3、自定义类型 -> 自定义类型

2.4、隐式类型转换的坑

3. C++强制类型转换

3.1 static_cast

3.2 reinterpret_cast

3.3 const_cast

3.4 dynamic_cast

4. RTTI

1. C语言中的类型转换

在C语言中，如果赋值运算符左右两侧类型不同，或者形参与实参类型不匹配，或者返回值类型与
接收返回值类型不一致时，就需要发生类型转化，C语言中总共有两种形式的类型转换：隐式类型
转换(整型之间整型浮点数之间)和显式类型转换(指针之间整型指针之间)。没有关联的类型不支持转换。

1. 隐式类型转化：编译器在编译阶段自动进行，能转就转，不能转就编译失败。
2. 显式类型转化：需要用户自己处理。

代码演示

#include<iostream>
using namespace std;

int main()
{
	int i = 1;
	// 隐式类型转换
	double d = i;
	printf("%d, %.2f\n", i, d);
	int* p = &i;
	// 显示的强制类型转换
	int address = (int)p;
	printf("%p, %d\n", p, address);
	// “类型强制转换”: 无法从“int *”转换为“double”
	// double x = (double)p;// 没有关联的类型不支持转换
	return 0;
}

运行结果

缺陷：
转换的可视性比较差，所有的转换形式都是以一种相同形式书写，难以跟踪错误的转换。

2. 为什么C++需要四种类型转换

C风格的转换格式很简单，但是有不少缺点的：

1. 隐式类型转化有些情况下可能会出问题：比如数据精度丢失。
2. 显式类型转换将所有情况混合在一起，代码不够清晰。

因此C++提出了自己的类型转化风格，注意因为C++要兼容C语言，所以C++中还可以使用C语言的
转化风格。

C++除了兼容C的转换用法之外还有三种转换方式：内置类型 -> 自定义类型；自定义类型 -> 内置类型；自定义类型 -> 自定义类型。

2.1、内置类型 -> 自定义类型

内置类型转换为自定义类型通过 隐式类型转换 + 对应的构造函数 就能够实现。

代码演示

class A
{
public:
	A(int a1)
		:_a1(a1)
	{}

	A(int a1, int a2)
		:_a1(a1)
		, _a2(a2)
	{}
private:
	int _a1 = 1;
	int _a2 = 1;
};
int main()
{
	// 内置类型 -> 自定义类型
	A aa1 = 1;// 单参数隐式类型转换
	A aa2 = { 1,2 };// 多参数隐式类型转换，使用{}
	// A aa3 = { 1,2,3 };// 没有实现3个参数的构造函数或者initializer_list，就不能隐式类型转换
	return 0;
}

运行结果

2.2、自定义类型 -> 内置类型

自定义类型转化为内置类型，直接写不支持，需要写重载函数。

代码演示

class A
{
public:
	A(int a1)
		:_a1(a1)
	{}
	// 自定义类 -> 内置类型 重载函数
	operator int()
	{
		return _a1 + _a2;
	}
private:
	int _a1 = 1;
	int _a2 = 1;
};
int main()
{
	// 内置类型 -> 自定义类型
	A aa1 = 1;

	// 自定义类型 -> 内置类型 直接写不支持，需要重载
	int x = aa1;
	cout << x << endl;
	return 0;
}

运行结果

2.3、自定义类型 -> 自定义类型

自定义类型转换为自定义类型，直接写不支持，需要加拷贝构造。

代码演示

class A
{
public:
	A(int a1)
		:_a1(a1)
	{}
	// 成员变量私有，类外不能获取，const对象需要加const
	int get() const
	{
		return _a1;
	}
private:
	int _a1 = 1;
	int _a2 = 1;
};
class B
{
public:
	B(const A& aa)
		:_b1(aa.get())
	{}
private:
	int _b1;
};
int main()
{
	// 内置类型 -> 自定义类型
	A aa1 = 1;
	// 自定义类型 -> 自定义类型 直接写不支持，需要加拷贝构造
	B bb = aa1;
	return 0;
}

运行结果

2.4、隐式类型转换的坑

代码演示

// 隐式类型转换的坑
void Insert(size_t pos)
{
	int end = 10;
	while (end >= pos)
	{
		cout << end << endl;
		--end;
	}
}
int main()
{
	Insert(5);
	// 插入0就有坑，-1转换为无符号整数为最大值
	Insert(0);
	return 0;
}

运行结果

3. C++强制类型转换

标准C++为了加强类型转换的可视性，引入了四种命名的强制类型转换操作符：

static_cast、reinterpret_cast、const_cast、dynamic_cast

3.1 static_cast

static_cast用于非多态类型的转换（静态转换），编译器隐式执行的任何类型转换都可用
static_cast，但它不能用于两个不相关的类型进行转换。

代码演示(内置类型)

int main()
{
	int i = 1;
	// 隐式类型转换 : static_cast
	double d = static_cast<double>(i);
	cout << d << endl;

	// 强制类型转换
	int* p = &i;
	//int address = static_cast<int>(p);

	//printf("%p %d\n", p, address);
	return 0;
}

运行结果

代码演示(自定义类型)

class A
{
public:
	A(int a1)
		:_a1(a1)
	{}
private:
	int _a1 = 1;
	int _a2 = 1;
};
int main()
{
	// 隐式类型转换，使用static
	A aa1 = 1;
	A aa2 = static_cast<int>(1);
    return 0;
}

运行结果

3.2 reinterpret_cast

reinterpret_cast操作符通常为操作数的位模式提供较低层次的重新解释，用于将一种类型转换
为另一种不同的类型(强制类型转换)

代码演示

int main()
{
	int i = 1;
	// 强制类型转换 : reinterpret_cast
	int* p = &i;
	int address = reinterpret_cast<int>(p);

	printf("%p %d\n", p, address);
	return 0;
}

运行结果

3.3 const_cast

const_cast最常用的用途就是删除变量的const属性，方便赋值。

先看一个代码

代码演示

int main()
{
	const int i = 1;// 存放到寄存器中
	int* ptr = (int*)&i;
	(*ptr)++;
	cout << *ptr << endl;
	cout << i << endl;

	return 0;
}

运行结果

我们能够看到一个很奇怪的现象，我们将 i 地址处的数据++，该地址处的值修改了，但是 i 的值却没有修改，这是为什么呢？

实际是在C++程序中，使用const 修饰的变量是存放在寄存器中的，最终打印该值是直接打印寄存器存储的值。

汇编代码

如果想要 i 的值能够修改，需要加 volatile 修饰。

代码演示

int main()
{
	volatile const int i = 1;
	int* ptr = (int*)&i;
	(*ptr)++;
	cout << *ptr << endl;
	// 不加volatile，打印的值就是1，不会修改，监视窗口是查看对应地址的值
	// 加上volatile表示i 是不稳定的，可能被修改，因此打印的值是修改之后值
	cout << i << endl;

	return 0;
}

运行结果

汇编代码

删除变量的const属性就可以使用const_cast。

代码演示

// const_cast -> 删除变量的const属性
int main()
{
	const int i = 1;
	int* ptr = const_cast<int*>(&i);
	(*ptr)++;
	cout << *ptr << endl;
	// 不加volatile，打印的值就是1，不会修改，监视窗口是查看对应地址的值
	// 加上volatile表示i 是不稳定的，可能被修改，因此打印的值是修改之后值
	cout << i << endl;

	return 0;
}

运行结果

3.4 dynamic_cast

dynamic_cast用于将一个父类对象的指针/引用转换为子类对象的指针或引用(动态转换)

向上转型：子类对象指针/引用->父类指针/引用(不需要转换，赋值兼容规则)
向下转型：父类对象指针/引用->子类指针/引用(用dynamic_cast转型是安全的)

注意：
1. dynamic_cast只能用于父类含有虚函数的类。

2. dynamic_cast会先检查是否能转换成功，能成功则转换，不能则返回0。

直接将父类对象指针/引用->子类指针/引用

代码演示

class A
{
public:
	virtual void f(){}
	int _a1 = 1;
};

class B : public A
{
public:

	int _b1 = 1;
};

void func(A* pa)
{
	// 不差别转换，存在风险
	// 传A对象的地址，没有_b1成员，修改_b1成员则程序崩溃
	B* pb = (B*)pa;
	cout << pb << endl;
	pb->_b1++;
}
int main()
{
	A a;
	B b;
	func(&a);
	func(&b);
	return 0;
}

运行结果

使用dynamic_cast

代码演示

class A
{
public:
	virtual void f(){}
	int _a1 = 1;
};

class B : public A
{
public:

	int _b1 = 1;
};
// 使用dynamic_cast，父类必须有虚函数
void func(A* pa)
{
	// pa指向a对象，转换成功
	// pa指向b对象，转换失败，返回nullptr
	B* pb = dynamic_cast<B*>(pa);
	if (pb)
	{
		cout << pb << endl;
		pb->_b1++;
	}
	else
	{
		cout << "转换失败" << endl;
	}
}
int main()
{
	A a;
	B b;
	func(&a);
	func(&b);
	return 0;
}

运行结果