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  • 读书笔记_Effective_C++_条款二十七:尽量少做转型动作

    有关转型的几种做法,已经在早些的博客中写过了。这里先简单回顾一下,再讲一讲effective中对之更深入的阐述。

    转型可以按风格可以分成C风格转型和C++风格转型两大类,C风格转型很容易看到,因为我们会经常使用,像

    (T) expression

    以及:

    T (expression)

    最经典的例子就是处理整数除法,在C/C++程序中,整数除法的结果还是整数,有时会得不到我们想到的结果,比如3/5,结果是0,而不是0.6,但如果这样double(3) / 5,结果就会是0.6了,因为转型操作double(3),将整数转成了浮点数,这样就是小数除法了,可以得到带小数点的结果。

    C++风格的转型操作分成四类:

    const_cast<T>(expression)
    static_cast<T>(expression)
    dynamic_cast<T>(expression)
    reinterpret_cast<T>(expression)

    effective推荐使用的是前三种,最后一种是把一个指针转成整数或者把整数看成指针,对平台依赖性很强,不建议使用。

    const_cast很简单,就是去掉常量属性,比如:

    1 int main()
    2 {
    3     int a= 3;
    4     const int* ca = &a;
    5     int *pb = const_cast<int*> (ca);
    6     *pb = 5;
    7     cout << a << endl; // a的输出结果是5
    8 }

    但这种常量性的转换只是针对于指针或引用(包括this指针),是不能针对于普通变量的,比如下面的做法就是错误的:

    1 int main()
    2 {
    3     const int a = 3;
    4     int b = const_cast<int>(a);  //编译出错,只能使用static_cast或者C风格转换
    5 }

    对于const_cast,既可以将const->非const,也可以将非const->const,只要记住两点,其一是这个操作只对指针或引用有效;其二,这个操作并不改变被转换对象的常属性,对于:

    1 int a= 3;
    2 const int* ca = &a;
    3 int *pb = const_cast<int*> (ca);

    ca仍是指向常量的指针,对它的操作,比如*ca = 5,是会报编译错的。

     

    static_cast是最为常用C++转型了,我们常见的int->double亦或是float->int等等,都是用static_cast来进行转换的(包括const int -> int,以及int -> const int,只要不是常指针/引用->non常指针/引用)。

     

    dynamic_cast是当想把基类指针转成派生类指针时用,这种转换可以保证安全性,当把两个不相干的类之间用dynamic_cast时,转换的结果将是空指针,同时若基类指针指向的对象只是基类本身时,对基类指针进行dynamic_cast向下转型到派生类,会得到空指针,防止进一步的操作。

     

    介绍到这里,需要我们回答一个问题,既然旧式转型已经够用了(毕竟C语言就是这样用的,没有人抱怨转型的功能不够丰富),那为什么C++还要再定义功能重复的转型呢?

    原因有两个:第一,细化转型使它们很容易在代码中被辨识出来,可以不去看上下文就知道这样的转型是什么类型的(常量转型还是向下转型);第二,各转型动作的目标愈窄化,编译器愈可能诊断出错误的应用。

     

    下面来讲一下,为什么effective中要我们尽量少做转型动作。

    不清楚原理的转型会带来严重的bug,比如书上提到的,假设有一个基类Window,它有一个派生类SpecialWindow,它们都有一个OnResize()的成员函数,在派生类的OnResize()中想要先调用基类的OnResize(),于是有程序员便这样做了:

    1 void SpecialWindow::OnResize()
    2 {
    3     static_cast<Window>(*this).OnResize();
    4 5 }

    这样真的没有问题吗?将派生类对象转成Window对象,然后对其调用OnResize(),这确确实实调用的是基类的OnResize(),但OnReszie()对成员变量操作的结果是你想要的吗?

    答案是否定的,因为static_cast生成的是一个临时的基类的对象,这个对象并不是真正组成派生类的那个基类,而是它的一个副本(这个副本的成员变量值与派生类对象中基类的成分是一样的,但地址不同),调用OnResize()变更的结果是这个副本的成员变量变了,但派生类中包含的基类的成员变量却是没有任何变化的。好了,这就是bug了,在之后的测试中这个问题会让程序员纠结好一阵子。

    一句话,转型生成的是一个copy,一份副本,有的时候这并不是你想要的,修正方法其实很简单,就是:

    1 void SpecialWindow::OnResize()
    2 {
    3     Window::OnResize(); // OK了,就这么简单
    4 5 }

    有的转型操作也是比较废的,比如dynamic_cast,这个转型会对类名称进行strcmp,以判断向下转型是否合理,如果继承深度比较大,那么每一次的dynamic_cast将会进行多次strcmp,这将严重影响程序的执行效率。解决方法就是如果可以话,直接使用指向子类的指针,真的想用父类的指针(比如工厂设计模式等),那就考虑多态吧,在父类相应的函数前面加virtual,然后子类进行覆盖即可。

     

    最后总结一下,有的程序员认为,转型其实什么也没有做,只是告诉编译器把某种类型视为另一种类型而已。如果说的是指针,这样理解是正确的,但如果说的是全部的话(包括变量),恐怕就不妥了,比如static_cast<double>(a) / b,这一类经典的整数除法->小数除法转换,转换前后在底层产生的代码是绝对不同的。

    1. 如果可以,尽量避免转型,特别是在注重效率的代码中避免dynamic_casts。

    2. 如果转型是必要的,试着将它隐藏于某个函数背后,客户可以随后调用这个函数,而不需要将转型放在他们自己的代码里。

    3. 宁可使用C++风格的新式转型,少用C风格转型,因为前者很容易辨识出来,而且也比较有着分门别类的职掌。

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