４.7 C++ dynamic_cast操作符

参考：http://www.weixueyuan.net/view/6377.html

　　总结：

　　产生这种运行期的错误原因在于static_cast强制类型转换时并不具有保证类型安全的功能，而C++提供的dynamic_cast却能解决这一问题，dynamic_cast可以在程序运行时检测类型转换是否类型安全。

　　当然dynamic_cast使用起来也是有条件的，它要求所转换的操作数必须包含多态类类型（即至少包含一个虚函数的类）。

　　总结一下dynamic_cast转换规则，只允许指向派生类对象的指针转换为指向基类对象的指针。
　　C++提供的两个类型转换操作符static_cast和dynamic_cast，static_cast可以用于任何类型的强制类型转换，但是它不保证转换过程中的类型安全，dynamic_cast只能用于多态类类型的转换，而且要求转换的目的类型必须为指针或引用，并且它可以保证转换过程中类型安全。

　　任意两个不相关的多态类类型之间的转换也是不能进行的。（没有继承关系的）　　

在C++中，编译期的类型转换有可能会在运行时出现错误，特别是涉及到类对象的指针或引用操作时，更容易产生错误。Dynamic_cast操作符则可以在运行期对可能产生问题的类型转换进行测试。

例1：

#include<iostream>
using namespace std;

class base
{
public :
    void m(){cout<<"m"<<endl;}
};

class derived : public base
{
public:
    void f(){cout<<"f"<<endl;}
};

int main()
{
    derived * p;
    p = new base;
    p = static_cast<derived *>(new base);
    p->m();
    p->f();
    return 0;
}

本例中定义了两个类：base类和derived类，这两个类构成继承关系。在base类中定义了m函数，derived类中定义了f函数。在前面介绍多态时，我们一直是用基类指针指向派生类或基类对象，而本例则不同了。本例主函数中定义的是一个派生类指针，当我们将其指向一个基类对象时，这是错误的，会导致编译错误。但是通过强制类型转换我们可以将派生类指针指向一个基类对象，p = static_cast<derived *>(new base);语句实现的就是这样一个功能，这样的一种强制类型转换时合乎C++语法规定的，但是是非常不明智的，它会带来一定的危险。在程序中p是一个派生类对象，我们将其强制指向一个基类对象，首先通过p指针调用m函数，因为基类中包含有m函数，这一句没有问题，之后通过p指针调用f函数。一般来讲，因为p指针是一个派生类类型的指针，而派生类中拥有f函数，因此p->f();这一语句不会有问题，但是本例中p指针指向的确实基类的对象，而基类中并没有声明f函数，虽然p->f();这一语句虽然仍没有语法错误，但是它却产生了一个运行时的错误。换言之，p指针是派生类指针，这表明程序设计人员可以通过p指针调用派生类的成员函数f，但是在实际的程序设计过程中却误将p指针指向了一个基类对象，这就导致了一个运行期错误。

产生这种运行期的错误原因在于static_cast强制类型转换时并不具有保证类型安全的功能，而C++提供的dynamic_cast却能解决这一问题，dynamic_cast可以在程序运行时检测类型转换是否类型安全。当然dynamic_cast使用起来也是有条件的，它要求所转换的操作数必须包含多态类类型（即至少包含一个虚函数的类）。

例2：

#include<iostream>
using namespace std;

class base
{
public :
    void m(){cout<<"m"<<endl;}
};

class derived : public base
{
public:
    void f(){cout<<"f"<<endl;}
};

int main()
{
    derived * p;
    p = new base;
    p = dynamic_cast<derived *>(new base);
    p->m();
    p->f();
    return 0;
}

在本例中利用dynamic_cast进行强制类型转换，但是因为base类中并不存在虚函数，因此p = dynamic_cast<derived *>(new base);这一句会编译错误。dynamic_cast能否正确转换与目标类型是否为多态类类型无关，dynamic_cast要求被转换的类型必须为多态类类型。为了解决本例中的语法错误，我们可以将base类中的函数m声明为虚函数，virtual void m(){cout<<"m"<<endl;}。

dynamic_cast还要求<>内部所描述的目标类型必须为指针或引用。如例3所示，如果我们将例2中的主函数换成例3的形式，这也是无法通过编译的。

例3：

int main()
{
        base b;
        dynamic_cast<derived>(b);
    return 0;
}

我们来看一下正确使用dynamic_cast的代码。

例4：

#include<iostream>
using namespace std;

class base
{
public :
    virtual void m(){cout<<"m"<<endl;}
};

class derived : public base
{
public:
    void f(){cout<<"f"<<endl;}
};


int main()
{
    derived * p;
    p = dynamic_cast<derived *>(new base);
    if(p)
    {
        p->m();
        p->f();       
    }
    else
        cout<<"Convert not safe!"<<endl;
    return 0;
}

在本例中通过dynamic_cast来初始化指针p，在初始化过程中dynamic_cast会检测操作数new base转换为目标类型derived *是否能保证类型安全，如果类型安全则将new base结果赋给p指针，否则返回0，也即false。而本例中是要用基类对象地址去初始化派生类指针，这显然是无法保证类型安全的，因此p最后得到的返回值是0。在主函数中经过判断语句，最终程序输出“Convert not safe!”。

Dynamic_cast转换有自己的规则，下面将通过示例来介绍转换规则。

例4：

#include<iostream>
using namespace std;

class base
{
public :
    virtual void m(){cout<<"m"<<endl;}
};

class derived : public base
{
public:
    virtual void f(){cout<<"f"<<endl;}
};

int main()
{
    derived * d;
    d = dynamic_cast<derived *>(new base);
    if(d)
    {
        cout<<"Base to Derived is ok"<<endl;
        delete d;
    }
    else
        cout<<"Base to Derived is error"<<endl;
    base * b;
    b = dynamic_cast<base *>(new derived);
    if(b)
    {
        cout<<"Derived to Base is ok"<<endl;
        delete b;
    }
    else
        cout<<"Derived to Base is error"<<endl;

    return 0;
}

本例分别定义了两个类：base类和derived类，这两个类构成继承关系，为了测试dynamic_cast转换规则，我们在类中各自定义了一个虚函数。在本例的主函数中我们分别测试基类转换为派生类和派生类转换为基类时dynamic_cast转换返回值。本例最终运行结果如下：
    Base to Derived is error
    Derived to Base is ok

从结果可以看出从不能将指向基类对象的指针转换为指向派生类对象的指针，但是可以将指向派生类对象的指针转换为指向基类对象的指针。

例5：

#include<iostream>
using namespace std;

class A
{
public :
    virtual void m(){cout<<"m"<<endl;}
};

class B
{
public:
    virtual void f(){cout<<"f"<<endl;}
};

int main()
{
    A * a;
    a = dynamic_cast<A *>(new B);
    if(a)
    {
        cout<<"B to A is ok"<<endl;
        delete a;
    }
    else
        cout<<"B to A is error"<<endl;
    B * b;
    b = dynamic_cast<B *>(new A);
    if(b)
    {
        cout<<"A to B is ok"<<endl;
        delete b;
    }
    else
        cout<<"A to B is error"<<endl;

    return 0;
}

在本例中，定义了两个类A和B，这两个类不构成继承关系，我们尝试将指向两个类对象的指针进行互相转换，看程序运行结果：
    B to A is error
    A to B is error

从程序运行结果不难看出，任意两个不相关的多态类类型之间的转换也是不能进行的。

总结一下dynamic_cast转换规则，只允许指向派生类对象的指针转换为指向基类对象的指针。

C++提供的两个类型转换操作符static_cast和dynamic_cast，static_cast可以用于任何类型的强制类型转换，但是它不保证转换过程中的类型安全，dynamic_cast只能用于多态类类型的转换，而且要求转换的目的类型必须为指针或引用，并且它可以保证转换过程中类型安全。