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C++ 四種強制轉換符的區別

作為四個內部型別轉換操作符之一的dynamic_cast和傳統的C風格的強制型別轉換有著巨大的差別。除了dynamic_cast以外的轉換,其行為的都是在編譯期就得以確定的,轉換是否成功,並不依賴被轉換的物件。而dynamic_cast則不然。在這裡,不再討論其他三種轉換和C風格的轉換。
首先,dynamic_cast依賴於RTTI資訊,其次,在轉換時,dynamic_cast會檢查轉換的source物件是否真的可以轉換成target型別,這種檢查不是語法上的,而是真實情況的檢查。
先看RTTI相關部分,通常,許多編譯器都是通過vtable找到物件的RTTI資訊的,這也就意味著,如果基類沒有虛方法,也就無法判斷一個基類指標變數所指物件的真實型別, 這時候,dynamic_cast只能用來做安全的轉換,例如從派生類指標轉換成基類指標.而這種轉換其實並不需要dynamic_cast參與.
也就是說,dynamic_cast是根據RTTI記載的資訊來判斷型別轉換是否合法的.

下面看一個例子:
struct B1{
    virtual ~B1(){}
};
struct B2{
    virtual ~B2(){}
};
struct D1 : B1, B2{};
int main()
{
    D1 d;
    B1* pb1 = &d;
    B2* pb2 = dynamic_cast<B2*>(pb1);//L1
    B2* pb22 = static_cast<B2*>(pb1); //L2
    return 0;
}
上述定義中可以看到,B1和B2是不相關的類,從L1可以看到,dynamic_cast允許這種轉換:只要B1存在多型方法.
L2將編譯失敗,static_cast並不允許兩個完全不相干的類互相轉換.

dynamic_cast的這種特性,在提取一個物件的某個介面的時候,非常有用,它很類似於實現了COM的QueryInterface的功能。

正好在網上看到一個講解強制轉型的文章:
http://www.xker.com/article/articleview/2005-8-23/article_view_2732.htm
文中這樣描述:
--
dynamic_cast 主要用於執行“安全的向下轉型(safe downcasting)”,也就是說,要確定一個物件是否是一個繼承體系中的一個特定型別。
---這個描述是不完整的,dynamic_cast 固然可以實現完全的向下轉型,也可以實現更為強大的QueryInterface的功能。

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關於強制型別轉換的問題,很多書都討論過,寫的最詳細的是C++ 之父的《C++ 的設計和演化》。最好的解決方法就是不要使用C風格的強制型別轉換,而是使用標準C++的型別轉換符:static_cast, dynamic_cast。標準C++中有四個型別轉換符:static_castdynamic_castreinterpret_cast、和const_cast。下面對它們一一進行介紹。

static_cast

用法:static_cast < type-id > ( expression )

該運算子把expression轉換為type-id型別,但沒有執行時型別檢查來保證轉換的安全性。它主要有如下幾種用法:

  • 用於基本資料型別之間的轉換,如把int轉換成char,把int轉換成enum。這種轉換的安全性也要開發人員來保證。
  • 把空指標轉換成目標型別的空指標。
  • 把任何型別的表示式轉換成void型別。

注意:static_cast不能轉換掉expression的const、volitale、或者__unaligned屬性。

dynamic_cast

用法:dynamic_cast < type-id > ( expression )

該運算子把expression轉換成type-id型別的物件。Type-id必須是類的指標、類的引用或者void *;如果type-id是類指標型別,那麼expression也必須是一個指標,如果type-id是一個引用,那麼expression也必須是一個引用。

dynamic_cast主要用於類層次間的上行轉換和下行轉換,還可以用於類之間的交叉轉換。

在類層次間進行上行轉換時,dynamic_cast和static_cast的效果是一樣的;在進行下行轉換時,dynamic_cast具有型別檢查的功能,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);

}


在上面的程式碼段中,如果pb指向一個D型別的物件,pd1和pd2是一樣的,並且對這兩個指標執行D型別的任何操作都是安全的;但是,如果pb指向的是一個B型別的物件,那麼pd1將是一個指向該物件的指標,對它進行D型別的操作將是不安全的(如訪問m_szName),而pd2將是一個空指標。另外要注意:B要有虛擬函式,否則會編譯出錯;static_cast則沒有這個限制。這是由於執行時型別檢查需要執行時型別資訊,而這個資訊儲存在類的虛擬函式表(關於虛擬函式表的概念,詳細可見<Inside c++ object model>)中,只有定義了虛擬函式的類才有虛擬函式表,沒有定義虛擬函式的類是沒有虛擬函式表的。

另外,dynamic_cast還支援交叉轉換(cross cast)。如下程式碼所示。

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;

}


在函式foo中,使用static_cast進行轉換是不被允許的,將在編譯時出錯;而使用 dynamic_cast的轉換則是允許的,結果是空指標。

reinpreter_cast

用法:reinpreter_cast<type-id> (expression)

type-id必須是一個指標、引用、算術型別、函式指標或者成員指標。它可以把一個指標轉換成一個整數,也可以把一個整數轉換成一個指標(先把一個指標轉換成一個整數,在把該整數轉換成原型別的指標,還可以得到原先的指標值)。

該運算子的用法比較多。

const_cast

用法:const_cast<type_id> (expression)

該運算子用來修改型別的const或volatile屬性。除了const 或volatile修飾之外, type_id和expression的型別是一樣的。

常量指標被轉化成非常量指標,並且仍然指向原來的物件;常量引用被轉換成非常量引用,並且仍然指向原來的物件;常量物件被轉換成非常量物件。

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
}


上面的程式碼編譯時會報錯,因為b1是一個常量物件,不能對它進行改變;使用const_cast把它轉換成一個常量物件,就可以對它的資料成員任意改變。注意:b1和b2是兩個不同的物件。