C++ 教程 | C++ 类型转换

发表于 2022/01/24 更新于 2024/10/18

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C++强制类型转换：

在C++语言中新增了四个关键字 static_cast, const_cast, reinterpret_cast 和 dynamic_cast.

这四个关键字都是用于强制类型转换的。

新类型的强制转换可以提供更好的控制强制转换过程，允许控制各种不同种类的强制转换。

C++中风格是 static_cast<type>(content)。

C++ 风格的强制转换其他的好处是，它们能更清晰的表明它们要干什么。程序员只要扫一眼这样的代码, 就能立即知道一个强制转换的目的。

static_cast

在 C++ 语言中 static_cast 用于数据类型的强制转换，强制将一种数据类型转换为另一种数据类型。例如将整型数据转换为浮点型数据。

int a{10};
int b{5};
double c = static_cast<double>(a)/ static_cast<double>(b);

用法: static_cast<类型说明符>(变量或表达式)

用于类层次结构中基类和派生类之间指针或引用的转换:
- 进行上行转换（把派生类的指针或引用转换成基类表示）是安全的
- 进行下行转换（把基类的指针或引用转换为派生类表示），由于没有动态类型检查，所以是不安全的
用于基本数据类型之间的转换，如把int转换成char。这种转换的安全也要开发人员来保证:
- 把空指针转换成目标类型的空指针
- 把任何类型的表达式转换为void类型

注意：

static_cast 不能转换掉expression的 const 、 volitale 或者 __unaligned 属性。
如果涉及到类的话, static_cast 只能在有相互联系的类型中进行相互转换,不一定包含虚函数。

const_cast

const 限定符通常被用来限定变量，用于表示该变量的值不能被修改。

const_cast 用于强制去掉这种不能被修改的常数特性，但需要特别注意的是 const_cast 不是用于去除变量的常量性，而是去除指向常数对象的指针或引用的常量性，其去除常量性的对象必须为指针或引用。

用法：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。

一个错误的例子

const int a = 10;
const int * p = &a; 

*p = 20; //compile error 
int b = const_cast<int>(a);  //compile error

第一个编译错误是*p因为具有常量性，其值是不能被修改的；
另一处错误是const_cast强制转换对象必须为指针或引用，而例3中为一个变量，这是不允许的！

const_cast 使用案例

const  int  a = 10;
const  int  * p = &a;
int *q;
q = const_cast<int  *>(p);
*q = 20;     //fine

### result : 
# a  = 10, &a = 002CFAF4   
# *p = 20, p  = 002CFAF4
# *q = 20, q  = 002CFAF4 

查看运行结果，问题来了，p和q都是指向a变量的，指向地址相同，而且经过调试发现002CFAF4地址内的值确实由10被修改成了20，这是怎么一回事呢？为什么a的值打印出来还是10呢？

其实这是一件好事，我们要庆幸a变量最终的值没有变成20！变量a一开始就被声明为一个常量变量，不管后面的程序怎么处理，它就是一个常量，就是不会变化的。

试想一下如果这个变量a最终变成了20会有什么后果呢？对于这些简短的程序而言，如果最后a变成了20，我们会一眼看出是q指针修改了，但是一旦一个项目工程非常庞大的时候，在程序某个地方出现了一个q这样的指针，它可以修改常量a，这是一件很可怕的事情的，可以说是一个程序的漏洞，毕竟将变量a声明为常量就是不希望修改它，如果后面能修改，这就太恐怖了。

上面的我们称*q=20语句为未定义行为语句，所谓的未定义行为是指在标准的C++规范中并没有明确规定这种语句的具体行为，该语句的具体行为由编译器来自行决定如何处理。对于这种未定义行为的语句我们应该尽量予以避免！

可以看出我们是不想修改变量a的值的，既然如此，定义一个 const_cast 关键字强制去掉指针的常量性到底有什么用呢？我们接着来看下面的例子。

#include<iostream>
using namespace std;
 
const int* Search(const int* a,  int n,  int val);
 
int  main()
{
     int  a[10] = {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9};
     int  val = 5;
     int  *p;
     p =  const_cast<int *>(Search(a, 10, val));
     if (p == NULL)
         cout<< "Not found the val in array a" <<endl;
     else
         cout<< "hvae found the val in array a and the val = " <<*p<<endl;
     return  0;
}
 
const int * Search(const int * a,  int n,  int val)
{
     int i;
     for (i=0; i<n; i++)
     {
         if (a[i] == val)
             return  &a[i];
     }
     return NULL;
}

用于在a数组中寻找val值，如果找到了就返回该值的地址，如果没有找到则返回NULL。
函数Search返回值是const指针，当我们在a数组中找到了val值的时候，我们会返回val的地址，最关键的是a数组在main函数中并不是const，因此即使我们去掉返回值的常量性有可能会造成a数组被修改，但是这也依然是安全的。

reinterpret_cast

reinterpret_cast主要有三种强制转换用途：改变指针或引用的类型、将指针或引用转换为一个足够长度的整形、将整型转换为指针或引用类型。

用法：reinterpret_cast<type_id>(expression)

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，在把该整数转换成原类型的指针，还可以得到原先的指针值）。
在使用 reinterpret_cast 强制转换过程仅仅只是比特位的拷贝，因此在使用过程中需要特别谨慎！

int *a = new int;
double *d = reinterpret_cast<double *>(a);

dynamic_cast

用法：dynamic_cast<type_id>(expression)

其他三种都是编译时完成的，dynamic_cast是运行时处理的，运行时要进行类型检查。
不能用于内置的基本数据类型的强制转换。
dynamic_cast转换如果成功的话返回的是指向类的指针或引用，转换失败的话则会返回NULL。
使用 dynamic_cast 进行转换的，基类中一定要有虚函数，否则编译不通过。
在类的转换时，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:
  void m(){
    std::cout << "m" << std::endl;
  }
};

class Derived : public Base{
public:
  void f(){
    std::cout << "f" << std::endl;
  }
};

int main(int argc, char*argv[])
{
  Derived *d = static_cast<Derived *>(new Base());  // 存在风险

  d->f();

  return 0;
}

对于指针类型，如果转换失败了，则返回0;
对于引用类型，如果失败了，则抛出std::bad_cast异常，因为不允许存在空的引用。

Base *d = dynamic_cast<Base *>(new Derived());

if(d) {
// 转换成功
}else{
// 转换失败
}

Base

CPP

本文由作者按照 CC BY 4.0 进行授权

static_cast

const_cast

reinterpret_cast

dynamic_cast

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