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  • static_cast、dynamic_cast、reinterpret_cast、和const_c

     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_castdynamic_castreinterpret_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_castdynamic_castreinterpret_cast、和const_cast。下面对它们一一进行介绍。

    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。

    • 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。

    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

    //Emplyee.h
    class Employee 
    {
    public:
        
    virtual int salary();
    };

    class Manager : public Employee
    {
    public
        
    int salary();
    };

    class Programmer : public Employee
    {
    public:
        
    int salary();
    };


    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。

    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。

    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。

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