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【C++專題】static_cast, dynamic_cast, const_cast探討

 9loong 2011-01-23
http://www.cnblogs.com/chio/archive/2007/07/18/822389.html

 首先回顧一下C++類型轉(zhuǎn)換:

C++類型轉(zhuǎn)換分為:隱式類型轉(zhuǎn)換和顯式類型轉(zhuǎn)換

第1部分. 隱式類型轉(zhuǎn)換

又稱為“標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換”,包括以下幾種情況:
1) 算術(shù)轉(zhuǎn)換(Arithmetic conversion) : 在混合類型的算術(shù)表達(dá)式中, 最寬的數(shù)據(jù)類型成為目標(biāo)轉(zhuǎn)換類型。

 

int ival = 3;
double dval = 3.14159;

ival 
+ dval;//ival被提升為double類型

2)一種類型表達(dá)式賦值給另一種類型的對(duì)象:目標(biāo)類型是被賦值對(duì)象的類型

int *pi = 0// 0被轉(zhuǎn)化為int *類型
ival = dval; // double->int

例外:void指針賦值給其他指定類型指針時(shí),不存在標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換,編譯出錯(cuò)

3)將一個(gè)表達(dá)式作為實(shí)參傳遞給函數(shù)調(diào)用,此時(shí)形參和實(shí)參類型不一致:目標(biāo)轉(zhuǎn)換類型為形參的類型

extern double sqrt(double);

cout 
<< "The square root of 2 is " << sqrt(2<< endl;
//2被提升為double類型:2.0

4)從一個(gè)函數(shù)返回一個(gè)表達(dá)式,表達(dá)式類型與返回類型不一致:目標(biāo)轉(zhuǎn)換類型為函數(shù)的返回類型

double difference(int ival1, int ival2)
{
    
return ival1 - ival2;
    
//返回值被提升為double類型
}


第2部分. 顯式類型轉(zhuǎn)換

被稱為“強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換”(cast)
C     風(fēng)格: (type-id)
C++風(fēng)格: static_cast、dynamic_castreinterpret_cast、和const_cast..

 

 
關(guān)于強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換的問(wèn)題,很多書都討論過(guò),寫的最詳細(xì)的是C++ 之父的《C++ 的設(shè)計(jì)和演化》。最好的解決方法就是不要使用C風(fēng)格的強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換,而是使用標(biāo)準(zhǔn)C++的類型轉(zhuǎn)換符:static_cast, dynamic_cast。標(biāo)準(zhǔn)C++中有四個(gè)類型轉(zhuǎn)換符:static_castdynamic_cast、reinterpret_cast、和const_cast。下面對(duì)它們一一進(jìn)行介紹。

static_cast


用法:static_cast < type-id > ( expression )


說(shuō)明:該運(yùn)算符把expression轉(zhuǎn)換為type-id類型,但沒有運(yùn)行時(shí)類型檢查來(lái)保證轉(zhuǎn)換的安全性。

來(lái)源:為什么需要static_cast強(qiáng)制轉(zhuǎn)換?
情況1:void指針->其他類型指針
情況2:改變通常的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換
情況3:避免出現(xiàn)可能多種轉(zhuǎn)換的歧義



它主要有如下幾種用法:
  • 用于類層次結(jié)構(gòu)中基類和子類之間指針或引用的轉(zhuǎn)換。進(jìn)行上行轉(zhuǎn)換(把子類的指針或引用轉(zhuǎn)換成基類表示)是安全的;進(jìn)行下行轉(zhuǎn)換(把基類指針或引用轉(zhuǎn)換成子類指針或引用)時(shí),由于沒有動(dòng)態(tài)類型檢查,所以是不安全的。
  • 用于基本數(shù)據(jù)類型之間的轉(zhuǎn)換,如把int轉(zhuǎn)換成char,把int轉(zhuǎn)換成enum。這種轉(zhuǎn)換的安全性也要開發(fā)人員來(lái)保證。
  • void指針轉(zhuǎn)換成目標(biāo)類型的指針(不安全!!)
  • 把任何類型的表達(dá)式轉(zhuǎn)換成void類型。
注意:static_cast不能轉(zhuǎn)換掉expression的const、volitale、或者_(dá)_unaligned屬性。

dynamic_cast


用法:dynamic_cast < type-id > ( expression )

說(shuō) 明:該運(yùn)算符把expression轉(zhuǎn)換成type-id類型的對(duì)象。Type-id必須是類的指針、類的引用或者void *;如果type-id是類指針類型,那么expression也必須是一個(gè)指針,如果type-id是一個(gè)引用,那么expression也必須是一個(gè) 引用。

來(lái)源:為什么需要dynamic_cast強(qiáng)制轉(zhuǎn)換?
簡(jiǎn)單的說(shuō),當(dāng)無(wú)法使用virtual函數(shù)的時(shí)候

典型案例:
Wicrosoft公司提供給我們一個(gè)類庫(kù),其中提供一個(gè)類Employee.以頭文件Eemployee.h和類庫(kù).lib分發(fā)給用戶
顯然我們并無(wú)法得到類的實(shí)現(xiàn)的源代碼
//Emplyee.h
class Employee 
{
public:
    
virtual int salary();
};

class Manager : public Employee
{
public
    
int salary();
};

class Programmer : public Employee
{
public:
    
int salary();
};

我們公司在開發(fā)的時(shí)候建立有如下類:
class MyCompany
{
public:
    
void payroll(Employee *pe);
    
//
};

void MyCompany::payroll(Employee *pe)
{
    
//do something
}

但是開發(fā)到后期,我們希望能增加一個(gè)bonus()的成員函數(shù)到W$公司提供的類層次中。
假設(shè)我們知道源代碼的情況下,很簡(jiǎn)單,增加虛函數(shù):
//Emplyee.h
class Employee 
{
public:
    
virtual int salary();
    
virtual int bonus();
};

class Manager : public Employee
{
public
    
int salary();
};

class Programmer : public Employee
{
public:
    
int salary();
    
int bonus();
};

//Emplyee.cpp

int Programmer::bonus()
{
    
//
}
payroll()通過(guò)多態(tài)來(lái)調(diào)用bonus()
class MyCompany
{
public:
    
void payroll(Employee *pe);
    
//
};

void MyCompany::payroll(Employee *pe)
{
    
//do something
    //pe->bonus();
}

但是現(xiàn)在情況是,我們并不能修改源代碼,怎么辦?dynamic_cast華麗登場(chǎng)了!
在Employee.h中增加bonus()聲明,在另一個(gè)地方定義此函數(shù),修改調(diào)用函數(shù)payroll().重新編譯,ok
//Emplyee.h
class Employee 
{
public:
    
virtual int salary();
};

class Manager : public Employee
{
public
    
int salary();
};

class Programmer : public Employee
{
public:
    
int salary();
    
int bonus();//直接在這里擴(kuò)展
};

//somewhere.cpp

int Programmer::bonus()
{
    
//define
}

class MyCompany
{
public:
    
void payroll(Employee *pe);
    
//
};

void MyCompany::payroll(Employee *pe)
{
    Programmer 
*pm = dynamic_cast<Programmer *>(pe);
    
    
//如果pe實(shí)際指向一個(gè)Programmer對(duì)象,dynamic_cast成功,并且開始指向Programmer對(duì)象起始處
    if(pm)
    {
        
//call Programmer::bonus()
    }
    //如果pe不是實(shí)際指向Programmer對(duì)象,dynamic_cast失敗,并且pm = 0
    
else
    {
        
//use Employee member functions
    }
}



dynamic_cast主要用于類層次間的上行轉(zhuǎn)換和下行轉(zhuǎn)換,還可以用于類之間的交叉轉(zhuǎn)換。

在類層次間進(jìn)行上行轉(zhuǎn)換時(shí),dynamic_cast和static_cast的效果是一樣的;在進(jìn)行下行轉(zhuǎn)換時(shí),dynamic_cast具有類型檢查的功能,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)
{
    Derived 
*pd1 = static_cast<Derived *>(pb);

    Derived 
*pd2 = dynamic_cast<Derived *>(pb);
}

在上面的代碼段中,
如果pb實(shí)際指向一個(gè)Derived類型的對(duì)象,pd1和pd2是一樣的,并且對(duì)這兩個(gè)指針執(zhí)行Derived類型的任何操作都是安全的;
如果pb實(shí)際指向的是一個(gè)Base類型的對(duì)象,那么pd1將是一個(gè)指向該對(duì)象的指針,對(duì)它進(jìn)行Derived類型的操作將是不安全的(如訪問(wèn)m_szName),而pd2將是一個(gè)空指針(即0,因?yàn)閐ynamic_cast失敗)。
另 外要注意:Base要有虛函數(shù),否則會(huì)編譯出錯(cuò);static_cast則沒有這個(gè)限制。這是由于運(yùn)行時(shí)類型檢查需要運(yùn)行時(shí)類型信息,而這個(gè)信息存儲(chǔ)在類 的虛函數(shù)表(關(guān)于虛函數(shù)表的概念,詳細(xì)可見<Inside c++ object model>)中,只有定義了虛函數(shù)的類才有虛函數(shù)表,沒有定義虛函數(shù)的類是沒有虛函數(shù)表的。

另外,dynamic_cast還支持交叉轉(zhuǎn)換(cross cast)。如下代碼所示。
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;
}

在函數(shù)foo中,使用static_cast進(jìn)行轉(zhuǎn)換是不被允許的,將在編譯時(shí)出錯(cuò);而使用 dynamic_cast的轉(zhuǎn)換則是允許的,結(jié)果是空指針。

reinpreter_cast


用法:reinpreter_cast<type-id> (expression)


說(shuō)明:type-id必須是一個(gè)指針、引用、算術(shù)類型、函數(shù)指針或者成員指針。它可以把一個(gè)指針轉(zhuǎn)換成一個(gè)整數(shù),也可以把一個(gè)整數(shù)轉(zhuǎn)換成一個(gè)指針(先把一個(gè)指針轉(zhuǎn)換成一個(gè)整數(shù),在把該整數(shù)轉(zhuǎn)換成原類型的指針,還可以得到原先的指針值)。


該運(yùn)算符的用法比較多。

const_cast

用法:const_cast<type_id> (expression)

說(shuō)明:該運(yùn)算符用來(lái)修改類型的const或volatile屬性。除了const 或volatile修飾之外, type_id和expression的類型是一樣的。


常量指針被轉(zhuǎn)化成非常量指針,并且仍然指向原來(lái)的對(duì)象;常量引用被轉(zhuǎn)換成非常量引用,并且仍然指向原來(lái)的對(duì)象;常量對(duì)象被轉(zhuǎn)換成非常量對(duì)象。

Voiatile和const類試。舉如下一例:
class B{

public:

int m_iNum;

}

void foo(){

const B b1;

b1.m_iNum = 100; //comile error

B b2 = const_cast<B>(b1);

b2. m_iNum = 200; //fine
}

上面的代碼編譯時(shí)會(huì)報(bào)錯(cuò),因?yàn)閎1是一個(gè)常量對(duì)象,不能對(duì)它進(jìn)行改變;使用const_cast把它轉(zhuǎn)換成一個(gè)常量對(duì)象,就可以對(duì)它的數(shù)據(jù)成員任意改變。注意:b1和b2是兩個(gè)不同的對(duì)象。


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