C++中的四种cast详解
公众号：阿Q技术站
1. static_cast
作用：static_cast 用于在编译时进行类型转换。它用于普通的类型转换，支持基本类型之间的转换（如 int 转 float），以及在有继承关系的类之间的转换（如基类和派生类之间的转换）。
使用场景：
- 基本数据类型之间的转换：例如，将
int转换为double。 - 类层次结构中的上行转换（从派生类到基类）：这种转换是安全的，因为派生类对象可以安全地视为基类对象。
static_cast不能用于下行转换（从基类到派生类），因为这需要运行时检查以确保安全性，此时应使用dynamic_cast。 - 将
void*指针转换为其他类型的指针：static_cast可以将void*指针转换回任何类型的指针。 - 去除
const属性：虽然const_cast更适合去除const属性，但static_cast也可以用于某些场景。
底层原理：static_cast 通常通过编译时检查来保证转换合法，能够在编译时确定类型之间的关系。对于类之间的转换，它依赖于类的继承层次。
用法示例
#include <iostream>
class Base {};
class Derived : public Base {};
int main() {
// 基本数据类型之间的转换
double d = 3.14;
int i = static_cast<int>(d);
std::cout << "Double to Int: " << i << std::endl;
// 指针和引用之间的转换
Derived dObj;
Base& bRef = static_cast<Base&>(dObj); // 上行转换，安全
Base* bPtr = &dObj;
Derived* dPtr = static_cast<Derived*>(bPtr); // 下行转换，不安全
// void* 指针的转换
int value = 42;
void* voidPtr = &value;
int* intPtr = static_cast<int*>(voidPtr);
std::cout << "Value: " << *intPtr << std::endl;
return 0;
}
注意事项：
- 如果进行非法的转换（比如将一个不相关的类指针转换为另一个类指针），编译器会给出错误提示。
- 不会进行空指针检查，因此需要手动确保转换的安全性。
2. dynamic_cast
作用：用于类层次结构中的下行转换（从基类到派生类），并且提供了运行时类型检查。如果转换失败，对于指针类型返回 nullptr，对于引用类型抛出 std::bad_cast 异常。 这种转换只能用于包含虚函数的类（即多态类型），因为它们需要运行时类型信息（RTTI）来检查转换的安全性。
使用场景：
- 用于多态类型转换，尤其是进行类之间的向下转换（
Base*转为Derived*）。 - 如果类型不匹配，
dynamic_cast会返回nullptr（对于指针转换）或者抛出std::bad_cast异常（对于引用转换）。
底层原理：dynamic_cast 需要通过运行时类型信息（RTTI）来执行转换。它会在程序运行时检查类型，并在转换不合法时提供错误处理。这个机制使得 dynamic_cast 相比 static_cast 更加安全。
用法示例
#include <iostream>
#include <typeinfo>
class Base {
public:
virtual ~Base() {} // 必须有虚函数
};
class Derived : public Base {};
int main() {
Base bObj;
Derived dObj;
Base* bPtr = &bObj;
Base* bPtr2 = &dObj;
// 安全的下行转换
Derived* dPtr = dynamic_cast<Derived*>(bPtr2);
if (dPtr) {
std::cout << "Downcast successful" << std::endl;
} else {
std::cout << "Downcast failed" << std::endl;
}
// 不安全的下行转换
dPtr = dynamic_cast<Derived*>(bPtr);
if (dPtr) {
std::cout << "Downcast successful" << std::endl;
} else {
std::cout << "Downcast failed" << std::endl;
}
return 0;
}
注意事项：
dynamic_cast只能用于有虚函数的类，确保编译器生成了 RTTI 信息。- 对于指针类型的转换，如果转换失败，
dynamic_cast会返回nullptr，你需要检查这个返回值。 - 对于引用类型的转换，如果转换失败，
dynamic_cast会抛出std::bad_cast异常。
3. const_cast
作用：const_cast 用于在常量和非常量之间进行转换。它允许你去除或者添加对象的 const 限定符。可以用于改变指针或引用的常量性，但不能改变对象本身的常量性。
使用场景：
- 用于将常量指针或常量引用转换为非
const类型。 - 去掉常量性时要小心，避免修改原本应该是常量的数据。
底层原理：const_cast 在编译时操作类型，仅仅是通过改变指针或引用的常量性，而不会修改数据本身。对于去除 const 后的修改行为，编译器不会检查数据是否被修改，因此必须确保修改的对象是允许修改的。
用法示例
#include <iostream>
int main() {
const int value = 42;
int* nonConstPtr = const_cast<int*>(&value);
*nonConstPtr = 100; // 修改原来的常量值，不推荐这样做
std::cout << "Modified value: " << value << std::endl; // 输出可能未定义
return 0;
}
注意事项：
- 只用于指针和引用类型的转换。
- 对于
const_cast去除const后，修改原本为const的数据是未定义行为（UB），即你不能去除const并修改数据，除非原始数据本身允许修改。
4. reinterpret_cast
作用：reinterpret_cast 用于进行低级别的类型转换，可以将一个指针类型转换为任何其他的指针类型，或者将任何其他类型的指针转换为 void*，甚至可以进行指针与整数之间的转换。
使用场景：
- 用于指针的转换或在需要与底层硬件交互时进行类型转换。
- 例如，将一个整数转换为一个指针，或将一个指针转换为一个不同类型的指针。
底层原理：reinterpret_cast 是一种非常低级的转换，它将类型重新解释为另一种类型，不做任何类型的检查，只是简单地重新解释指针或整数的二进制表示。它可以进行非常规的类型转换，甚至跨越不同的类型体系。
用法示例
#include <iostream>
int main() {
int value = 42;
void* voidPtr = &value;
int* intPtr = reinterpret_cast<int*>(voidPtr);
std::cout << "Value: " << *intPtr << std::endl;
// 指针和整数之间的转换
int* ptr = &value;
uintptr_t intPtrValue = reinterpret_cast<uintptr_t>(ptr);
std::cout << "Pointer as integer: " << intPtrValue << std::endl;
// 不同类型的指针之间的转换
class A {};
class B {};
A aObj;
B* bPtr = reinterpret_cast<B*>(&aObj); // 不安全的转换
return 0;
}
注意事项：
- 非常危险：
reinterpret_cast在转换时不会进行类型检查，因此非常容易导致未定义行为（UB），需要特别小心。 - 一般建议避免滥用，除非你有非常特殊的需求（如底层系统编程、硬件编程等）。
- 对于指针类型的转换，
reinterpret_cast可能破坏对象的类型信息，导致内存访问错误。
总结
| 类型转换 | 说明 | 适用场景 | 安全性 |
|---|---|---|---|
static_cast | 编译时类型转换，用于基本类型、类层次结构间的转换 | 适用于类型之间的显式转换，继承关系的转换 | 安全，编译时检查，转换合法性由编译器保证 |
dynamic_cast | 运行时类型转换，用于多态类型之间的转换（基类和派生类） | 用于多态类型的安全转换 | 安全，运行时检查，转换失败时返回 nullptr |
const_cast | 去除或添加常量性，改变指针或引用的 const 限定符 | 用于修改 const 限定符的指针或引用 | 安全，但修改 const 数据是未定义行为 |
reinterpret_cast | 低级类型转换，可以进行指针和整数之间的转换 | 用于底层操作，如硬件编程、与不同类型的交互 | 非常危险，极易引发未定义行为 |
