c++四种强制类型转化

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0、前言

在C语言中,有隐式类型的转换和强制类型的转换. 隐式类型的转换:相关类型的转换,即意义相似的类型. 强制类型的转换:不类型类型的转换,比如:指针和整型.
例如:

int i = 20;
double d = i;//隐式类型的转换.
int* p = (int*)i;//强制类型的转换.

1、四种强制类型转化的简单介绍

一、static_cast转换

• 1.基本用法：static_cast<type-id> expression

• 2.使用场景：

a、用于类层次结构中基类和派生类之间指针或引用的转换

上行转换（派生类---->基类）是安全的；

下行转换（基类---->派生类）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转换为char，这种带来安全性问题由程序员来保证

c、把空指针转换成目标类型的空指针

d、把任何类型的表达式转为void类型

• 3.使用特点:

a、主要执行非多态的转换操作，用于代替C中通常的转换操作

b、隐式转换都建议使用static_cast进行标明和替换

二、dynamic_cast转换

• 1.基本用法：dynamic_cast<type-id> expression

• 2.使用场景：只有在派生类之间转换时才使用dynamic_cast，type-id必须是类指针，类引用或者void*。

• 3.使用特点：

a、基类必须要有虚函数，因为dynamic_cast是运行时类型检查，需要运行时类型信息，而这个信息是存储在类的虚函数表中，只有一个类定义了虚函数，才会有虚函数表（如果一个类没有虚函数，那么一般意义上，这个类的设计者也不想它成为一个基类）。

b、对于下行转换，dynamic_cast是安全的（当类型不一致时，转换过来的是空指针），而static_cast是不安全的（当类型不一致时，转换过来的是错误意义的指针，可能造成踩内存，非法访问等各种问题）

c、dynamic_cast还可以进行交叉转换

三、const_cast转换

• 1.基本用法：const_cast<type-id>expression

• 2.使用场景：

a、常量指针转换为非常量指针，并且仍然指向原来的对象

b、常量引用被转换为非常量引用，并且仍然指向原来的对象

• 3.使用特点：

a、cosnt_cast是四种类型转换符中唯一可以对常量进行操作的转换符

b、去除常量性是一个危险的动作，尽量避免使用。一个特定的场景是：类通过const提供重载时，一般都是非常量函数调用const_cast<const T>将参数转换为常量，然后调用常量函数，然后得到结果再调用const_cast <T>去除常量性。

四、reinterpret_cast转换

• 1.基本用法:reinterpret_cast<type-id>expression

• 2.使用场景：不到万不得已，不用使用这个转换符，高危操作

• 3.使用特点：

a、reinterpret_cast是从底层对数据进行重新解释，依赖具体的平台，可移植性差

b、reinterpret_cast可以将整型转换为指针，也可以把指针转换为数组

c、reinterpret_cast可以在指针和引用里进行肆无忌惮的转换

3、各种转化之间的区别

3.1 static_cast和dynamic_cast

class Base
{
    public:
        Base(int c = 2):_c(c){}
    public:
        int _c;
};
class Derived:public Base
{
    public:
        int _d;
        int _e;
};
int main(void)
{
    int tempA = 2;
    int tempB = 3;
    Base base;
    
    /*1.无编译告警，但是危险操作，譬如说调用drvPtrA->_d会造成不可预知的后果*/
    Derived *drvPtrA = static_cast<Derived *>(&base);  // 父类-->子类
    
    drvPtrA->_d = 4;
    drvPtrA->_e = 5;
    /*2.输出:tempA为5，tempB为4,踩内存了（机器信息：32位ubuntu，编译器clang++）*/
    cout<<tempA<<endl;
    cout<<tempB<<endl;
    
    /*3.Base中没有虚函数，无法查看运行时信息，编译不过*/
    Derived *drvPtrB = dynamic_cast<Derived *>(&base);

    return 0;
}

在基类派生类互相转换时，虽然static_cast是在编译期完成，效率更高，但是不安全，上例中就示范了一个踩内存的例子。相比之下因为dynamic_cast可以查看运行时信息，上例如果Base含有虚函数，那么drvPtrB就是一个空指针（这可比踩内存什么的好多了），不能操作Derived中_d的数据从而保证安全性，所以应该优先使用dynamic_cast。

3.2 static_cast和reinterpret_cast

class BaseA
{
    public:
        BaseA(int c = 2):_c(c){}
        int _c;
};
class BaseB
{
    public:
        BaseB(int d = 3):_d(d){}
        int _d;
};
int main(void)
{
    BaseA baseA;
    /*1.编译不过*/
    BaseB *baseB = static_cast<BaseB *>(&baseA);
    /*2.无任何编译告警，编译通过,正常运行*/
    BaseB *baseC = reinterpret_cast<BaseB *>(&baseA);
    cout<<baseC->_d<<endl;

    return 0;
}

static_cast虽然也不是一种绝对安全的转换，但是它在转换时，还是会进行必要的检测（诸如指针越界计算，类型检查）。reinterpret_cast完全是肆无忌惮，直接从二进制开始重新映射解释，是极度不安全的，再次提醒，不到万不得已，不要使用。

3.3 const_cast使用

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

在本例中出现了两个编译错误，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正确使用：

#include<iostream>
using namespace std;
 
int main()
{
    const int a = 10;
    const int * p = &a;
    int *q;
    q = const_cast<int *>(p);
    *q = 20;    //fine
    cout <<a<<" "<<*p<<" "<<*q<<endl;
        cout <<&a<<" "<<p<<" "<<q<<endl;
    return 0;
}

在本例中，我们将变量a声明为常量变量，同时声明了一个const指针指向该变量（此时如果声明一个普通指针指向该常量变量的话是不允许的，Visual Studio 2010编译器会报错）。

之后我们定义了一个普通的指针*q。将p指针通过const_cast去掉其常量性，并赋给q指针。之后我再修改q指针所指地址的值时，这是不会有问题的。

最后将结果打印出来，运行结果如下：
10 20 20
002CFAF4 002CFAF4 002CFAF4

查看运行结果，问题来了，指针p和指针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。

在例4中我们称“*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！