C++的类型转换——隐式、显式转换(xxx_cast)

第一部分. 隐式类型转换

算数运算float + int => float  、  赋值int = float、传参、返回值

第二部分.显式类型转换

C风格
    (type) value

C++风格
    static_cast、dynamic_cast、reinterpret_cast和const_cast 

static_cast (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,如下几种用法:
a. 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指针或引用)时,由于没有动态类型检查,所以是不安全的。
b. 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。
c. 把void指针转换成目标类型的指针(不安全!!)
e. 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、volatile、或者__unaligned属性。

来源:为什么需要static_cast强制转换?
情况1:void指针->其他类型指针
情况2:改变通常的标准转换
情况3:避免出现可能多种转换的歧义

dynamic_cast (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 Base{
public:
    int m_iNum;
    virtual void foo();
};
class Derived:public Base{
public:
    char *m_szName[100];
};
void func(Base *pb){  //pb可能是Base or Derived
    Derived *pd1 = static_cast<Derived *> (pb);
    Derived *pd2 = dynamic_cast<Derived *> (pb);
}

在上面的代码段中,如果pb实际指向一个Derived类型的对象,pd1和pd2是一样的,并且对这两个指针执行Derived类型的任何操作都是安全的;
如果pb实际指向的是一个Base类型的对象,那么pd1将是一个指向该对象的指针,对它进行Derived类型的操作将是不安全且非法的(如访问m_szName),而pd2将是一个空指针(即0,因为dynamic_cast失败)。
另外要注意:
dynamic_cast 转换时Base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。

dynamic_cast还支持交叉转换(cross cast)。如下代码所示。
class Base {
public:
    int m_iNum;
    virtual void f(){}
};
class Derived1 : public Base{
};
class Derived2 : public Base {
};
void foo() {
    Derived1 *pd1 = new Drived1();
    pd1->m_iNum = 100;
    Derived2 *pd2 = static_cast<Derived2 *>(pd1);   //Compile error
    Derived2 *pd2 = dynamic_cast<Derived2 *>(pd1);  //pd2 is NULL
    delete pd1;
}
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。

来源:为什么需要dynamic_cast强制转换?
简单的说,当无法使用virtual函数的时候

reinterpret_cast (expression)

是C++中强制类型转换符,操作符修改了操作数类型,但仅仅是重新解释了给出的对象的比特模型而没有进行二进制转换。eg: void *p ===> int p
type-id必须是一个指针、引用、算术类型、函数指针或者成员指针。它可以把一个指针转换成一个整数,也可以把一个整数转换成一个指针(先把一个指针转换成一个整数,再把该整数转换成原类型的指针,还可以得到原先的指针值)。

reinterpret_cast是为了映射到一个完全不同类型的意思,这个关键词在我们需要把类型映射回原有类型时用到它。

const_cast<type_id> (expression)

该运算符用来修改类型的const或volatile属性。除了const 或volatile修饰之外, type_id和expression的类型是一样的。
常量指针被转化成非常量指针,并且仍然指向原来的对象;
常量引用被转换成非常量引用,并且仍然指向原来的对象;
常量对象被转换成非常量对象。
Voiatile和const类试。举如下一例:
class B{
public:
    int m_iNum;
}
void foo(){
    const B b1;
    b1.m_iNum = 100; //comile error
    B b2 = const_cast<B>(b1);  // 去掉const 属性
    b2. m_iNum = 200; //fine
}
上面的代码编译时会报错,因为b1是一个常量对象,不能对它进行改变;
使用const_cast把它转换成一个非常量对象,就可以对它的数据成员任意改变。注意:b1和b2是两个不同的对象。

比较static_cast Vs. reinterpret_cast

reinterpret_cast是为了映射到一个完全不同类型的意思,这个关键词在我们需要把类型映射回原有类型时用到它。我们映射到的类型仅仅是为了故弄玄虚和其他目的,这是所有映射中最危险的。(这句话是C++编程思想中的原话)

static_cast 和 reinterpret_cast 操作符修改了操作数类型。它们不是互逆的; static_cast 在编译时使用类型信息执行转换,在转换执行必要的检测(诸如指针越界计算, 类型检查). 其操作数相对是安全的。另一方面;reinterpret_cast 仅仅是重新解释了给出的对象的比特模型而没有进行二进制转换,例子如下:
int n=9; double d=static_cast < double > (n);
上面的例子中, 我们将一个变量从 int 转换到 double。这些类型的二进制表达式是不同的。 要将整数 9 转换到 双精度整数 9,static_cast 需要正确地为双精度整数 d 补足比特位。其结果为 9.0。而reinterpret_cast 的行为却不同:
int n=9;
double d=reinterpret_cast<double & > (n);
这次, 结果有所不同. 在进行计算以后, d 包含无用值. 这是因为 reinterpret_cast 仅仅是复制 n 的比特位到 d, 没有进行必要的分析.
因此, 你需要谨慎使用 reinterpret_cast.


C++primer第五章里写了编译器隐式执行任何类型转换都可由static_cast显示完成;reinterpret_cast通常为操作数的位模式提供较低层的重新解释
1、C++中的static_cast执行非多态的转换,用于代替C中通常的转换操作。因此,被做为隐式类型转换使用。比如: 
int i; 
float f = 166.7f; 
i = static_cast<int>(f); 
此时结果,i的值为166。 
2、C++中的reinterpret_cast主要是将数据从一种类型的转换为另一种类型。所谓“通常为操作数的位模式提供较低层的重新解释”也就是说将数据以二进制存在形式的重新解释。比如:
int i; 
char *p = "This is a example."; 
i = reinterpret_cast<int>(p); 
此时结果,i与p的值是完全相同的。reinterpret_cast的作用是说将指针p的值以二进制(位模式)的方式被解释为整型,并赋给i,一个明显的现象是在转换前后没有数位损失。

C++的类型转换明显比C里面的用()的类型转换要严谨很多。首先,C++样式的类型转换编写 的代码更容易维护,想想看,只要搜索“static_cast”,就可以找出代码中所有使用了静态转换的代码,比C里面五花八门的 (long) (long*) (double )好找多了吧。另外,reinterpret_cast,看字面意思就知道,是保持二进制位不变,用另一种格式来重新解释,我们也知道计算机里面只有 bit,到底代表什么类型,整形还是浮点型,全在于应用程序怎么解释每一个bit,reinterpret_cast给了我们这么一个机会。而C里面要想 二进制重解释,你要么拷贝内存,要么还是用()来强制类型转换,某些特定情况下,()强制转换其实是二进制的重解释,毫无疑问,C风格的转换会让代码变得 难懂。