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标准C++中有四个类型转换符

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_cast、dynamic_cast、reinterpret_cast、和 const_cast。下面对它们一一进行介绍。

 

I.static_cast

 

用法:static_cast <type-id > ( expression )

 

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。它主要有如下几种用法:

①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表示)时,由于没有动态类型检查,所以是不安全的。

②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。

③把空指针转换成目标类型的空指针。

④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。

                                                                                                                                                

II.dynamic_cast

主要用于执行“安全的向下转型(safe down casting)”,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。

用法:dynamic_cast <type-id > ( expression )

 

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。

 

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 B{

public:

int m_iNum;

virtual void foo();

};

class D:public B{

public:

char *m_szName[100];

};

 

void func(B *pb){

D *pd1 = static_cast<D *>(pb);

D *pd2 = dynamic_cast<D*>(pb);

}

 

在上面的代码段中,如果pb指向一个D类型的对象,pd1和pd2是一样的,并且对这两个指针执行D类型的任何操作都是安全的;但是,如果pb指向的是一个 B类型的对象,那么pd1将是一个指向该对象的指针,对它进行D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。另外要注意:B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 A{

public:

int m_iNum;

virtual void f(){}

};

 

class B:public A{

};

 

class D:public A{

};

 

void foo(){

B *pb = new B;

pb->m_iNum = 100;

D *pd1 = static_cast<D *>(pb); //copile error

D *pd2 = dynamic_cast<D *>(pb); //pd2 is NULL

delete pb;

}

 

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。

 

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向上转换,比较安全,不再举例。

向void*转换

如果 type-id 是一个 void* ,运行时检查将决定表达式的实际类型。结果是一个到 expression 指向的完整对象。例如:

class A { ... };

class B { ... };

void f()

{

  A* pa = new A;

  B* pb = new B;

  void* pv = dynamic_cast< void* >(pa);

  // pv指向一个 A 类型的对象

  ...

  pv = dynamic_cast<void*>(pb);

  // pv 指向一个 B 类型的对象

}

向下转换

如果 type-id 不是 void* ,运行时检查指向expression 的对象能否转换为指向 type-id 类型的对象。

如果 expression 类型是 type-id 的基类,运行时检查是否expression 实际是一个指向 type-id 类型的完整对象,如果是,结果返回指向 type-id 类型的完整对象,否则返回 NULL 。例如:

class B { ... };

class D : public B { ... };

void f()

{

  B* pb = new D;                // unclear but ok

  B* pb2 = new B;

   // 判断一个基类指针指向的对象是否是一个指定子类型

  D* pd = dynamic_cast< D* >(pb);     //ok: pb实际指向 D, 返回D*

  D* pd2 = dynamic_cast< D* >(pb2);  // pb2实际指向 B 而不是 D,转换失败, pd2 是 NULL

  ...

}

在多重继承的情况,可能导致二义性。

看一下下面的类继承层次:

 

 

 

指向类型D的指针转换为B或C都正常,但如果从D转换到A将会怎么样来?这个结果导致转换的二义性错误;为了结果这个问题,你可以指向两次明确的转型,例如:

void f()

{

  D* pd = new D;

  A* pa = dynamic_cast<A*>(pd);     //错误:二义性

  B* pb = dynamic_cast<B*>(pd);     //首先转换到 B

  A* pa2 = dynamic_cast<A*>(pb);  // ok:明确的

}

在使用虚基类的时候就导致更复杂的模糊;看下面的类层次图:

 

 

在这个继承层次中,A是虚基类。假定一个类E的实例并且一个指向A子对象的指针,一次到B的dynamic_cast会由于不明确性导致失败,你必须首先转换到适当的层次,然后再向上转换到确定的层次,一直按照这种方式直到到达正确的B对象。

看下面的类层次图:

 

 

假定一个类型E的对象和一个指向D子对象的指针,从D子对象导航到左上A子对象,必须执行三个转换。从D到E的dynamic_cast的转换,然后一个从E到B的转换(可以是dynamic_cast或者隐式转换),最终是从B到A的转换,例如:

void f(D* pd)

{

  E* pe = dynamic_cast<E*>(pd);// 这里的 D 实际上是 E 类型的对象

  B* pb = pe;     // upcast, implicit conversion

  A* pa = pb;     // upcast, implicit conversion

}

交叉转换

dynamic_cast 操作能执行交叉转换,使用上面相同的类层次,从 B 子对象到 D 子对象转换是可能的,只要完整的对象是 E 。

由于交叉转换,从 D 指针到左上角 A 子对象的指针是可行的;首先从 D 到 B 的交叉转换,然后隐式从 B 到 A 的转换。例如:

void f(D* pd)

{

  B* pb = dynamic_cast<B*>(pd);     // cross cast

  A* pa = pb;                 // upcast, implicit conversion

}

一个 NULL 指针值通过 dynamic_cast 转换到一个 NULL 指针。

当使用 dynamic_cast <type-id> (expression)时,如果 expression 不能安全的转换到 type-id,运行时检查导致转型失败,例如:

class A { ... };

class B { ... };

void f()

{

  A* pa = new A;

  B* pb = dynamic_cast<B*>(pa);     // fails, not safe;   B not derived from A

 

补充:软件开发 , C++ ,
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