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  • static_cast 和 reinterpret_cast的区别以及dynamic_cast

    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)

            float f = 12.3;
           
    float* pf = &f;
          
      // static cast<>


            // 成功编译, n = 12
            int n = static_cast<int>(f);


            // 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)
            //int* pn = static_cast<int*>(pf);


            //成功编译
            void* pv = static_cast<void*>(pf);


            //成功编译, 但是 *pn2是无意义的内存(rubbish)
            int* pn2 = static_cast<int*>(pv);// reinterpret_cast<>


            //错误,编译器知道你应该调用static_cast<>
            //int i = reinterpret_cast<int>(f);


            //成功编译, 但是 *pn 实际上是无意义的内存,和 *pn2一样
            int* pi = reinterpret_cast<int*>(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:

    class CBaseX
          {
          public:


          int x;


          CBaseX() { x = 10; }


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


          class CBaseY
            {
            public:


            int y;


            int* py;


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


            void bar() { printf("CBaseY::bar() y

    =%d, *py=%d\n", y, *py); 


            }


            };

           class CDerived : public CBaseX, public CBaseY
           {
                  public:
                  int z;
            };
           情况1:两个无关的类之间的转换


          // CBaseX* 和 CBaseY*之间的转换


          CBaseX* pX = new CBaseX();


          // Error, types pointed to are unrelated


          // 错误, 类型指向是无关的
          // CBaseY* pY1 = static_cast<CBaseY*>(pX);
          // Compile OK, but pY2 is not CBaseX


          // 成功编译, 但是 pY2 不是CBaseX
          CBaseY* pY2 = reinterpret_cast<CBaseY*>(pX);


          // System crash!!
          // 系统崩溃!!
          // 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

          1. CDerived* pD = new CDerived();
          2. printf("CDerived* pD = %x\n", (int)pD);
          3. 
          4. // static_cast<> CDerived* -> CBaseY* -> CDerived*
          //成功编译,隐式static_cast<>转换
          5. CBaseY* pY1 = pD;
          6. printf("CBaseY* pY1 = %x\n", (int)pY1);
          // 成功编译, 现在 pD1 = pD
          7. CDerived* pD1 = static_cast<CDerived*>(pY1);
          8. printf("CDerived* pD1 = %x\n", (int)pD1);
          9. 
          10. // reinterpret_cast
          // 成功编译, 但是 pY2 不是 CBaseY*
          11. CBaseY* pY2 = reinterpret_cast<CBaseY*>(pD);
          12. printf("CBaseY* pY2 = %x\n", (int)pY2);
          13. 
          14. // 无关的 static_cast<>
          15. CBaseY* pY3 = new CBaseY();
          16. printf("CBaseY* pY3 = %x\n", (int)pY3);
          // 成功编译,尽管 pY3 只是一个 "新 CBaseY()"
          17. CDerived* pD3 = static_cast<CDerived*>(pY3);
          18. printf("CDerived* pD3 = %x\n", (int)pD3);
          ---------------------- 输出 ---------------------------
          CDerived* pD = 392fb8
          CBaseY* pY1 = 392fbc
          CDerived* pD1 = 392fb8
          CBaseY* pY2 = 392fb8
          CBaseY* pY3 = 390ff0
          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。

            CDerived* pD = new CDerived();
            printf("CDerived* pD = %x\n", (int)pD);
            CBaseY* pY = pD; // 成功编译, pY = pD + 4
            printf("CBaseY* pY = %x\n", (int)pY);
            void* pV1 = pY; //成功编译, pV1 = pY
            printf("void* pV1 = %x\n", (int)pV1);
            // pD2 = pY, 但是我们预期 pD2 = pY - 4
            CDerived* pD2 = static_cast<CDerived*>(pV1);
            printf("CDerived* pD2 = %x\n", (int)pD2);
            // 系统崩溃
            // pD2->bar();

            ---------------------- 输出 ---------------------------
            CDerived* pD = 392fb8
            CBaseY* pY = 392fbc
            void* pV1 = 392fbc
            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

     

    摘自:http://blog.csdn.net/jiangdf/archive/2009/05/21/4205481.aspx

     

    dynamic_cast

     


          // Convert between CBaseX* and CBaseY*

    作为四个内部类型转换操作符之一的dynamic_cast和传统的C风格的强制类型转换有着巨大的差别。除了 dynamic_cast以外的转换,其行为的都是在编译期就得以确定的,转换是否成功,并不依赖被转换的对象。而dynamic_cast则不然。在这 里,不再讨论其他三种转换和C风格的转换。
    首先,dynamic_cast依赖于RTTI信息,其次,在转换时,dynamic_cast会检查转换的source对象是否真的可以转换成target类型,这种检查不是语法上的,而是真实情况的检查。
    先 看RTTI相关部分,通常,许多编译器都是通过vtable找到对象的RTTI信息的,这也就意味着,如果基类没有虚方法,也就无法判断一个基类指针变量 所指对象的真实类型, 这时候,dynamic_cast只能用来做安全的转换,例如从派生类指针转换成基类指针.而这种转换其实并不需要dynamic_cast参与.
    也就是说,dynamic_cast是根据RTTI记载的信息来判断类型转换是否合法的.

    下面看一个例子:
    struct B1{
        virtual ~B1(){}
    };
    struct B2{
        virtual ~B2(){}
    };
    struct D1 : B1, B2{};
    int main()
    {
        D1 d;
        B1* pb1 = &d;
        B2* pb2 = dynamic_cast<B2*>(pb1);//L1
        B2* pb22 = static_cast<B2*>(pb1);  //L2
        return 0;
    }
    上述定义中可以看到,B1和B2是不相关的类,从L1可以看到,dynamic_cast允许这种转换:只要B1存在多态方法.
    L2将编译失败,static_cast并不允许两个完全不相干的类互相转换.

    dynamic_cast的这种特性,在提取一个对象的某个接口的时候,非常有用,它很类似于实现了COM的QueryInterface的功能。

    正好在网上看到一个讲解强制转型的文章:
    http://www.xker.com/article/articleview/2005-8-23/article_view_2732.htm
    文中这样描述:
    --
    dynamic_cast 主要用于执行“安全的向下转型(safe downcasting)”,也就是说,要确定一个对象是否是一个继承体系中的一个特定类型。
    ---这个描述是不完整的,dynamic_cast 固然可以实现完全的向下转型,也可以实现更为强大的QueryInterface的功能。

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