C++ 動態型別轉換

1. 概念
   • 在C++中，dynamic_cast是一種執行時型別轉換運算子。它主要用於在類的層次結構中進行安全的向下轉換（將基類指標或引用轉換為派生類指標或引用）。這種轉換基於物件的實際型別進行檢查，以確保轉換的安全性。
2. 使用條件
   • 為了使用dynamic_cast，類層次結構中必須包含虛擬函式。這是因為dynamic_cast依賴於執行時型別資訊（RTTI - Runtime Type Information），而虛擬函式機制是C++中實現RTTI的基礎。
3. 語法示例
   • 指標型別轉換
     • 假設有一個基類Base（至少包含一個虛擬函式）和一個派生類Derived：

       class Base {
           virtual void someVirtualFunction() {}
       };
       
       class Derived : public Base {};
       
       int main() {
           Base* basePtr = new Derived();
           Derived* derivedPtr = dynamic_cast<Derived*>(basePtr);
           if (derivedPtr!= nullptr) {
               // 轉換成功，可以安全地使用derivedPtr指向的物件
           } else {
               // 轉換失敗，說明basePtr實際指向的不是Derived型別的物件
           }
           return 0;
       }
       

   • 引用型別轉換
     • 同樣對於上述的類層次結構：

       int main() {
           Base baseObj = Derived();
           try {
               Derived& derivedRef = dynamic_cast<Derived&>(baseObj);
               // 轉換成功，可以安全地使用derivedRef引用的物件
           } catch (std::bad_cast& e) {
               // 轉換失敗，捕獲std::bad_cast異常
               std::cerr << "Dynamic cast failed: " << e.what() << std::endl;
           }
           return 0;
       }
       

4. 特點
   • 執行時檢查
     • 與static_cast不同，dynamic_cast在執行時檢查轉換的有效性。這意味著它會根據物件的實際型別來判斷轉換是否可行。如果轉換失敗，對於指標型別會返回nullptr，對於引用型別會丟擲std::bad_cast異常。
   • 效能開銷
     • 由於dynamic_cast需要在執行時查詢物件的型別資訊，這會帶來一定的效能開銷。這種開銷主要源於對虛擬函式表（vtable）的查詢以及型別資訊的判斷操作。
5. 應用場景
   • 多型性相關操作
     • 在處理多型物件時，如果需要根據物件的實際派生型別進行特定操作，dynamic_cast就非常有用。例如，在一個圖形繪製系統中，有一個基類Shape，派生類有Circle、Rectangle等。當處理一個Shape指標陣列時，可以使用dynamic_cast來確定每個元素實際指向的派生類物件，從而呼叫相應的派生類特定繪製函式。
   • 避免不安全的向下轉換
     • 在類層次結構中，如果不確定基類指標或引用實際指向的物件型別，直接進行向下轉換是不安全的。dynamic_cast提供了一種安全的方式來進行這種轉換，透過執行時檢查避免了對不適當物件進行錯誤的操作。