C++中static_cast, dynamic_cast, const_cast用法/使用情況及區別解析

 首先回顧一下C++型別轉換：

C++型別轉換分為：隱式型別轉換和顯式型別轉換

第1部分. 隱式型別轉換

又稱為“標準轉換”，包括以下幾種情況：
1) 算術轉換(Arithmetic conversion) : 在混合型別的算術表示式中, 最寬的資料型別成為目標轉換型別。

 

int ival = 3;
double dval = 3.14159;

ival + dval;//ival被提升為double型別

2)一種型別表示式賦值給另一種型別的物件：目標型別是被賦值物件的型別

int *pi = 0; // 0被轉化為int *型別
ival = dval; // double->int

例外：void指標賦值給其他指定型別指標時，不存在標準轉換，編譯出錯

3)將一個表示式作為實參傳遞給函式呼叫，此時形參和實參型別不一致：目標轉換型別為形參的型別

extern double sqrt(double);

cout << "The square root of 2 is " << sqrt(2) << endl;
//2被提升為double型別：2.0

4)從一個函式返回一個表示式，表示式型別與返回型別不一致：目標轉換型別為函式的返回型別

double difference(int ival1, int ival2)
{
    return ival1 - ival2;
    //返回值被提升為double型別
}

第2部分. 顯式型別轉換

被稱為“強制型別轉換”(cast)
C     風格： (type-id)
C++風格： static_cast、dynamic_cast、reinterpret_cast、和const_cast..

 

 

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_cast、dynamic_cast、reinterpret_cast、和const_cast。下面對它們一一進行介紹。

static_cast

用法：static_cast < type-id > ( expression )

說明：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。

來源：為什麼需要static_cast強制轉換？
情況1：void指標->其他型別指標
情況2：改變通常的標準轉換
情況3：避免出現可能多種轉換的歧義

它主要有如下幾種用法：

• 用於類層次結構中基類和子類之間指標或引用的轉換。進行上行轉換（把子類的指標或引用轉換成基類表示）是安全的；進行下行轉換（把基類指標或引用轉換成子類指標或引用）時，由於沒有動態型別檢查，所以是不安全的。
• 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void指標轉換成目標型別的指標(不安全!!)
• 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 )

說明：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。

來源：為什麼需要dynamic_cast強制轉換？
簡單的說，當無法使用virtual函式的時候

典型案例：
Wicrosoft公司提供給我們一個類庫，其中提供一個類Employee.以標頭檔案Eemployee.h和類庫.lib分發給使用者
顯然我們並無法得到類的實現的原始碼

//Emplyee.h
class Employee 
{
public:
    virtual int salary();
};

class Manager : public Employee
{
public: 
    int salary();
};

class Programmer : public Employee
{
public:
    int salary();
};

我們公司在開發的時候建立有如下類:

class MyCompany
{
public:
    void payroll(Employee *pe);
    //
};

void MyCompany::payroll(Employee *pe)
{
    //do something
}

但是開發到後期，我們希望能增加一個bonus()的成員函式到W$公司提供的類層次中。
假設我們知道原始碼的情況下，很簡單，增加虛擬函式：

//Emplyee.h
class Employee 
{
public:
    virtual int salary();
    virtual int bonus();
};

class Manager : public Employee
{
public: 
    int salary();
};

class Programmer : public Employee
{
public:
    int salary();
    int bonus();
};

//Emplyee.cpp

int Programmer::bonus()
{
    //
}

payroll()通過多型來呼叫bonus()

class MyCompany
{
public:
    void payroll(Employee *pe);
    //
};

void MyCompany::payroll(Employee *pe)
{
    //do something
    //pe->bonus();
}

但是現在情況是，我們並不能修改原始碼，怎麼辦？dynamic_cast華麗登場了！
在Employee.h中增加bonus()宣告，在另一個地方定義此函式，修改呼叫函式payroll().重新編譯，ok

//Emplyee.h
class Employee 
{
public:
    virtual int salary();
};

class Manager : public Employee
{
public: 
    int salary();
};

class Programmer : public Employee
{
public:
    int salary();
    int bonus();//直接在這裡擴充套件
};

//somewhere.cpp

int Programmer::bonus()
{
    //define
}

class MyCompany
{
public:
    void payroll(Employee *pe);
    //
};

void MyCompany::payroll(Employee *pe)
{
    Programmer *pm = dynamic_cast<Programmer *>(pe);
    
    //如果pe實際指向一個Programmer物件,dynamic_cast成功，並且開始指向Programmer物件起始處
    if(pm)
    {
        //call Programmer::bonus()
    }
    //如果pe不是實際指向Programmer物件，dynamic_cast失敗，並且pm = 0
    else
    {
        //use Employee member functions
    }
}

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 Base
{
public:
    int m_iNum;
    virtual void foo();
};

class Derived:public Base
{
public:
    char *m_szName[100];
};

void func(Base *pb)
{
    Derived *pd1 = static_cast<Derived *>(pb);

    Derived *pd2 = dynamic_cast<Derived *>(pb);
}

在上面的程式碼段中，
如果pb實際指向一個Derived型別的物件，pd1和pd2是一樣的，並且對這兩個指標執行Derived型別的任何操作都是安全的；
如果pb實際指向的是一個Base型別的物件，那麼pd1將是一個指向該物件的指標，對它進行Derived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(即0，因為dynamic_cast失敗)。
另外要注意：Base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 Base
{
public:
    int m_iNum;
    virtual void f(){}
};



class Derived1 : public Base
{

};

class Derived2 : public Base
{

};

void foo()
{
    derived1 *pd1 = new Drived1;

    pd1->m_iNum = 100;

    Derived2 *pd2 = static_cast<Derived2 *>(pd1); //compile error

    Derived2 *pd2 = dynamic_cast<Derived2 *>(pd1); //pd2 is NULL

    delete pd1;
}

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)

說明：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)

說明：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。