C++中的dynamic_cast

dynamic_cast 是一种 C++ 风格的类型转换。它加入了一些验证的机制，更像是一种运行时的函数。

它的应用场景是沿着类的层次结构，安全地转换指针或引用。

例如，对于基类 Base，有两个继承 Base 的类 A 和类 B。类 A 和类 B 的实例可以很容易地用 Base 类型变量 a 和 b 来存储，但是此时要将 a 和 b 转换为 A 类型或者 B 类型却不是显然的，因为编译器并不知道这个 Base 类型的变量 a 或 b，究竟装的是 A 类还是 B 类。

因此需要在运行时判断父类的实际类型信息，这个信息称为运行时类型信息（RunTime Type Information, RTTI），通常在 Visual Studio、Xcode 中是默认打开的。dynamic_cast 就是利用了 RTTI，并且加入了额外的验证功能。RTTI 和 dynamic_cast 验证都会带来性能上的额外成本。 

使用 dynamic_cast 必须要求基类至少有一个虚函数，使得该类是多态的。

class Base
{
public:
    virtual void f() {}  // must be polymorphic to use runtime-checked dynamic_cast
};

创建两个继承基类的类 A 和类 B：

class A : public Base
{
public:
    void f()
    {
        std::cout << "A's behavior" << std::endl;
    }
};

class B : public Base
{
    void f()
    {
        std::cout << "B's behavior" << std::endl;
    }
};

下面的用例分别代表了：

• 将 Base 类指针（由 A 类指针转换而来）转换为 A 类指针；
• 将 Base 类引用（由 A 类引用转换而来）转换为 A 类引用；　　
• 将 Base 类指针（由 B 类指针转换而来）转换为 A 类指针；
• 将 Base 类引用（由 B 类引用转换而来）转换为 A 类引用。

当指针转换失败时，返回的是空指针；当引用转换失败时，会抛出异常。

#include <iostream>

class Base
{
public:
    virtual void f() {}  // must be polymorphic to use runtime-checked dynamic_cast
};

class A : public Base
{
public:
    void f()
    {
        std::cout << "A's behavior" << std::endl;
    }
};

class B : public Base
{
    void f()
    {
        std::cout << "B's behavior" << std::endl;
    }
};

int main() {
    Base* baseA1 = new A;
    Base& baseA2 = *baseA1;
    Base* baseB1 = new B;
    Base& baseB2 = *baseB1;

    // downcast for pointer
    if (A* a = dynamic_cast<A*>(baseA1))
    {
        a->f();
    }
    else
    {
        std::cout << "Not the right A type!" << std::endl;
    }
    std::cout << "-------------------" << std::endl;

    // downcast for reference
    try {
        A& a = dynamic_cast<A&>(baseA2);
        a.f();
    } catch(const std::bad_cast& e)
    {
        std::cout << e.what() << std::endl;
    }
    std::cout << "-------------------" << std::endl;

    // sidecast for pointer
    if (A* a = dynamic_cast<A*>(baseB1))
    {
        a->f();
    }
    else
    {
        std::cout << "Not the right A type!" << std::endl;
    }
    std::cout << "-------------------" << std::endl;

    // sidecast for reference
    try {
        A& a = dynamic_cast<A&>(baseB2);
        a.f();
    } catch(const std::bad_cast& e)
    {
        std::cout << e.what() << std::endl;
    }
    std::cout << "-------------------" << std::endl;

    delete baseA1;
    delete baseB1;
    return 0;
}

该程序会输出：

A's behavior
-------------------
A's behavior
-------------------
Not the right A type!
-------------------
std::bad_cast
-------------------

参考

• cppreference: dynamic_cast