C++ 类型转换

giturtle
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本文已参与「新人创作礼」活动，一起开启掘金创作之路。

引入

类型转换这个概念在许多编程语言中都有涉及，比如最经典的编程语言：C语言，它对类型转换的处理可视性比较差，所有的转换形式都是以同一种相同形式书写：在变量前声明转换类型，这样的方式难以跟踪错误的转换。

举例：

int main(){
	int i = 1;
	double d = i;	// 隐式类型转换
	printf("%d, %.2f\n", i, d);

	int* p = &i;
	int address = (int)p;	// 显式的强制类型转换
	printf("%x, %d\n", p, address);
}

输出结果：

1, 1.00
28fb78, 268516

代码虽然会有警告格式字符串“%x”需要类型“unsigned int”的参数，但可变参数 1 拥有了类型“int *”，但是编译没有问题，还是可以正常运行。

下面引入C++中的强制类型转换方式： 标准C++为了加强类型转换的可视性，引入了四种命名的强制类型转换操作符：

  1. static_cast
  2. reinterpret_cast
  3. const_cast
  4. dynamic_cast

static_cast

static_cast用于非多态类型的转换（静态转换）

编译器隐式执行的任何类型转换都可static_cast，但它只能用于两个相关类型的转换，不相关类型不能转换。

（何为不相关？例如int与int*，编译器对于二者的理解没有强相关性，一个为整型数据，一个为地址，所以不可以使用static_cast进行强制转换）。

用法：

int main(){
	double d = 88.48;
	int a = static_cast<int>(d);
	cout << a << endl;
	return 0;
}

输出结果：

88

很明显static_cast将同为实数类型的整型与浮点数进行了强制转换。

reinterpret_cast

reinterpret_cast操作符通常为操作数的位模式提供较低层次的重新解释，用于将一种类型转换为另一种不同的类型。

reinterpret_cast将数据的二进制形式重新解释，但是不改变其值：

int main() {
	int i;
	const char* ptr = "1";
	i = reinterpret_cast<char>(ptr);
	std::cout << i << std::endl;
	system("pause");
	return 0;
}

输出结果：

64

警告：“reinterpret_cast”: 从“const char *”到“char”截断。

const_cast

const_cast的用途就是删除变量的const属性，方便赋值，例如把const类型的指针变为非const类型的指针。

int main() {
	const int a = 21;
	int* modifier = const_cast<int*>(&a);
	*modifier = 7;
	cout << *modifier << endl;
	return 0;
}

输出结果：

7

这里要提一个没有使用过的关键字： volatile：保持内存可见性，防止编译器过度优化。

volatile const int a = 21;
  • 使用了volatile关键字之后发生了什么？
  • 因为const关键字使得编译器默认a变量是const类型，所以编译读取一次a的值之后就默认这个值不会改变了，对a的读取操作也会直接从寄存器上取出使用这个值，等效替代读取a。如果是修改就没有影响。

这个例子可能没有很好的体现问题，但是我们确实进行了修改，所以为了更加科学，就要让编译器时刻保持与内存的数据同步（可见性），不要出现类似于数据库相关的“幻读”或者“脏读”现象（扯远了。。），所以底层执行输出时进行了一次同步而不是使用寄存器值，读取了a中的7，进行输出。

dynamic_cast

  • 该操作符用于运行时检查该转换是否类型安全，但只在多态类型时合法，即被转换的类至少具有一个虚拟方法。

dynamic_cast用于将一个父类对象的指针转换为子类对象的指针或引用（也称动态转换）

  • 向上转型：如果子类对象指针转换为父类指针或引用，此时不需要转换，因为赋值兼容规则)。
  • 向下转型：如果父类对象指针转换为子类指针或引用，用dynamic_cast转型是安全的。

注意：

  1. dynamic_cast只能用于含有虚函数的类。
  2. dynamic_cast会先检查是否能转换成功，能成功则转换，不能则返回0。
class A{
public:
	virtual void f() {}
};
class B : public A
{};
void fun(A* pa){
	// dynamic_cast会先检查是否能转换成功，能成功则转换，不能则返回
	B* pb1 = static_cast<B*>(pa);
	B* pb2 = dynamic_cast<B*>(pa);

	cout << "pb1:" << pb1 << endl;
	cout << "pb2:" << pb2 << endl;
}
int main(){
	A a;
	B b;
	fun(&a);
	fun(&b);
	return 0;
}

输出结果：

pb1:0019F8F0
pb2:00000000		//未转换成功
pb1:0019F8E4
pb2:0019F8E4

其实 dynamic_cast是一个泛型：

模拟实现

template<class PDirve, class Base>
PDirve my_dynamic_cast(Base* p){
	if (p->is_base()){
		return nullptr;
	}
	else{
		return (PDirve)p;
	}
}
  • 小结： 强制类型转换关闭或挂起了正常的类型检查，每次使用强制类型转换前，程序管理者应该仔细考虑是否还有其他不同的方法达到同一目的，如果非要使用强制类型转换不可，则应限制强制转换值的作用域，以减少发生错误的机会。

既然容易出问题，那么还是建议防患于未然：避免使用强制类型转换。

explicit关键字

explicit关键字阻止经过转换构造函数进行的隐式转换的发生。

class A{
public:
	explicit A(int a){
		cout << "A(int a)" << endl;
	}
	A(const A& a){
		cout << "A(const A& a)" << endl;
	}
private:
	int _a;
};
int main(){
	A a1(1);	// 隐式转换-> A tmp(1); A a2(tmp);
	A a2 = 1;
}

程序会报错：没有int到A的适当的构造函数，因为我们通过explicit禁止了它的单参数构造。

强转的必要性

虽然C风格的转换格式很简单，但是有不少缺点的：

  1. 隐式类型转化有些情况下可能会出问题。
  2. 显式类型转换将所有情况混合在一起，代码不够清晰。

所以C++的强制类型转换还是有用武之地的。

RTTI：运行时类型识别

RTTI：（Run-time Type identification）即：运行时类型识别。

C++通过以下方式来支持RTTI：

  1. typeid运算符。
  2. dynamic_cast运算符。
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