static_cast<> 和 reinterpret_cast<>

PS: 今天的又被师兄鄙视英语水平了。。。要发奋！！！ 

这篇文字要慢慢看，文章逻辑不太好。

介绍

大多程序员在学C++前都学过C，并且习惯于C风格（类型）转换。当写C++（程序）时，有时候我们在使用static_cast<>和reinterpret_cast<>时可能会有点模糊。在本文中，我将说明static_cast<>实际上做了什么，并且指出一些将会导致错误的情况。

泛型（Generic Types）

01.float f = 12.3;

02. 

03.float* pf = &f;

04.// static cast<>

05. 

06.// 成功编译, n = 12

07. 

08.int n = static_cast(f);

09. 

10.// 错误,指向的类型是无关的（译注：即指针变量pf是float类型，现在要被转换为int类型）

11.//int* pn = static_cast(pf);

12. 

13.//成功编译

14. 

15.void* pv = static_cast(pf);

16. 

17.//成功编译, 但是 *pn2是无意义的内存（rubbish）

18. 

19.int* pn2 = static_cast(pv);

20.// reinterpret_cast<>

21. 

22.//错误,编译器知道你应该调用static_cast<>

23. 

24.//int i = reinterpret_cast(f);

25. 

26.//成功编译, 但是 *pn 实际上是无意义的内存,和 *pn2一样

27. 

28.int* pi = reinterpret_cast(pf);

简而言之，static_cast<> 将尝试转换，举例来说，如float-到-integer，而reinterpret_cast<>简单改变编译器的意图重新考虑那个对象作为另一类型。

指针类型（Pointer Types）

指针转换有点复杂，我们将在本文的剩余部分使用下面的类：

01.class CBaseX

02. 

03.{

04. 

05.public:

06. 

07.int x;

08. 

09.CBaseX() { x = 10; }

10. 

11.void foo() { printf("CBaseX::foo() x=%d\n", x); }

12. 

13.};

14.class CBaseY

15. 

16.{

17. 

18.public:

19. 

20.int y;

21. 

22.int* py;

23. 

24.CBaseY() { y = 20; py = &y; }

25. 

26.void bar() { printf("CBaseY::bar() y=%d, *py=%d\n", y, *py);

27.}

28. 

29.};

30.class CDerived : public CBaseX, public CBaseY

31. 

32.{

33. 

34.public:

35. 

36.int z;

37. 

38.};

情况1：两个无关的类之间的转换

01.// Convert between CBaseX* and CBaseY*

02. 

03.// CBaseX* 和 CBaseY*之间的转换

04. 

05.CBaseX* pX = new CBaseX();

06. 

07.// Error, types pointed to are unrelated

08. 

09.// 错误， 类型指向是无关的

10. 

11.// CBaseY* pY1 = static_cast(pX);

12. 

13.// Compile OK, but pY2 is not CBaseX

14. 

15.// 成功编译, 但是 pY2 不是CBaseX

16. 

17.CBaseY* pY2 = reinterpret_cast(pX);

18. 

19.// System crash!!

20. 

21.// 系统崩溃!!

22. 

23.// pY2->bar();

正如我们在泛型例子中所认识到的，如果你尝试转换一个对象到另一个无关的类static_cast<>将失败，而reinterpret_cast<>就总是成功“欺骗”编译器：那个对象就是那个无关类。

情况2：转换到相关的类

01.1. CDerived* pD = new CDerived();

02. 

03.2. printf("CDerived* pD = %x\n", (int)pD);

04. 

05.3.

06. 

07.4. // static_cast<> CDerived* -> CBaseY* -> CDerived*

08. 

09.//成功编译，隐式static_cast<>转换

10. 

11.5. CBaseY* pY1 = pD;

12. 

13.6. printf("CBaseY* pY1 = %x\n", (int)pY1);

14. 

15.// 成功编译, 现在 pD1 = pD

16. 

17.7. CDerived* pD1 = static_cast(pY1);

18. 

19.8. printf("CDerived* pD1 = %x\n", (int)pD1);

20. 

21.9.

22. 

23.10. // reinterpret_cast

24. 

25.// 成功编译, 但是 pY2 不是 CBaseY*

26. 

27.11. CBaseY* pY2 = reinterpret_cast(pD);

28. 

29.12. printf("CBaseY* pY2 = %x\n", (int)pY2);

30. 

31.13.

32. 

33.14. // 无关的 static_cast<>

34. 

35.15. CBaseY* pY3 = new CBaseY();

36. 

37.16. printf("CBaseY* pY3 = %x\n", (int)pY3);

38. 

39.// 成功编译,尽管 pY3 只是一个 "新 CBaseY()"

40. 

41.17. CDerived* pD3 = static_cast(pY3);

42. 

43.18. printf("CDerived* pD3 = %x\n", (int)pD3);

01.---------------------- 输出 ---------------------------

02. 

03.CDerived* pD = 392fb8

04. 

05.CBaseY* pY1 = 392fbc

06. 

07.CDerived* pD1 = 392fb8

08. 

09.CBaseY* pY2 = 392fb8

10. 

11.CBaseY* pY3 = 390ff0

12. 

13.CDerived* pD3 = 390fec

注意：在将CDerived*用隐式 static_cast<>转换到CBaseY*（第5行）时，结果是（指向）CDerived*（的指针向后） 偏移了4（个字节）（译注：4为int类型在内存中所占字节数）。为了知道static_cast<> 实际如何，我们不得不要来看一下CDerived的内存布局。

CDerived的内存布局（Memory Layout）

 

如图所示，CDerived的内存布局包括两个对象，CBaseX 和 CBaseY，编译器也知道这一点。因此，当你将CDerived* 转换到 CBaseY*时，它给指针添加4个字节，同时当你将CBaseY*转换到CDerived*时，它给指针减去4。然而，甚至它即便不是一个CDerived你也可以这样做。

当然，这个问题只在如果你做了多继承时发生。在你将CDerived转换 到 CBaseX时static_cast<> 和 reinterpret_cast<>是没有区别的。

情况3：void*之间的向前和向后转换

因为任何指针可以被转换到void*，而void*可以被向后转换到任何指针（对于static_cast<> 和 reinterpret_cast<>转换都可以这样做），如果没有小心处理的话错误可能发生。

01.CDerived* pD = new CDerived();

02. 

03.printf("CDerived* pD = %x\n", (int)pD);

04.CBaseY* pY = pD; // 成功编译, pY = pD + 4

05. 

06.printf("CBaseY* pY = %x\n", (int)pY);

07.void* pV1 = pY; //成功编译, pV1 = pY

08. 

09.printf("void* pV1 = %x\n", (int)pV1);

10.// pD2 = pY, 但是我们预期 pD2 = pY - 4

11. 

12.CDerived* pD2 = static_cast(pV1);

13. 

14.printf("CDerived* pD2 = %x\n", (int)pD2);

15. 

16.// 系统崩溃

17. 

18.// pD2->bar();

01.---------------------- 输出 ---------------------------

02. 

03.CDerived* pD = 392fb8

04. 

05.CBaseY* pY = 392fbc

06. 

07.void* pV1 = 392fbc

08. 

09.CDerived* pD2 = 392fbc

一旦我们已经转换指针为void*，我们就不能轻易将其转换回原类。在上面的例子中，从一个void* 返回CDerived*的唯一方法是将其转换为CBaseY*然后再转换为CDerived*。

但是如果我们不能确定它是CBaseY* 还是 CDerived*，这时我们不得不用dynamic_cast<> 或typeid[2]。

注释：

1. dynamic_cast<>，从另一方面来说，可以防止一个泛型CBaseY* 被转换到CDerived*。

2. dynamic_cast<>需要类成为多态，即包括“虚”函数，并因此而不能成为void*。

参考：

1. [MSDN] C++ Language Reference -- Casting

2. Nishant Sivakumar, Casting Basics - Use C++ casts in your VC++.NET programs

3. Juan Soulie, C++ Language Tutorial: Type Casting