C++ 类型转换

C++类型转换大体上包括隐式类型转换和显式类型转换。

1. 隐式类型转换

隐式类型转换是自动执行的，无需显式的操作符。 隐式类型转换发生在很多地方，比如函数实参到形参的类型转换、函数返回值类型的自动转换等等。

1.1 数值类型转换

从小整数类型(char、short)转换到int，或者从float转换到double，这种“提升型”的转换通常不会造成数值差异。但是下面的一些情形可能存在一些转换误差，使得编译器产生警告。

• 负数转化为无符号类型，通常会采用二进制补码表示。 (编译器不警告有符号和无符号整数类型之间的隐式转换)

    int a = -1;    unsigned int  b = a;   // b = 2^32 - 1 = 4294967295

• 无论是转换到bool类型或者是有bool类型进行转换： false等价于0(数值类型)或者空指针(指针类型)； true则等价于其它任何数值或者由true转化为1。

    int a = -2;     bool b = a; //则b = true

• 浮点数转化为整数会采取截断操作，即移除小数部分。如果转换时发生了数值溢出，可能出现未定义的行为。

    float a = -1.5f;    int   b = a; // b = -1

1.2 指针类型转换

指针通常存在以下转换：

• 空指针可以转换到任意指针类型；
• 任意指针类型都可以转换到void* 指针；
• 继承类指针可以转换到可访问的明确的基类指针， 同时不改变const或者volatile属性;
• 一个C风格的数组隐式把数组的第一个元素转换为一个指针。 虽然此方法很方便，但它也有潜在的错误。 例如，下面的设计不良的代码示例看似荒谬，但它会在Visual C++的编译并生成的结果’p’。 首先，“Help”字符串常量转换为一个指向数组的第一个元素 char*类型指针，该指针向后移动3个元素后，指向最后一个元素’P’。

char* s = "Help" + 3;  

2. 显式类型转换

旧有的C风格的强制类型转换是不推荐的：

(int) x; // old-style cast, old-style syntax  int(x); // old-style cast, functional syntax  

因为在代码中不显眼，容易被忽略， 而且旧式强制转换实际上是困难且容易出错的。

2.1 explicit关键字

C++提供了关键字explicit，可以阻止不应该允许的经过转换构造函数进行的隐式转换的发生。即声明为explicit的构造函数不能在隐式转换中使用。

先看一下隐式转换的情形：

// 类的通过构造函数的隐式转换:#include <iostream>using namespace std;class A {};class B {public:  // conversion from A (constructor):  B (const A& x) {}  // conversion from A (assignment):  B& operator= (const A& x) {return *this;}  // conversion to A (type-cast operator)  operator A() {return A();}};int main (){  A foo;  B bar = foo;    // 调用构造函数实现隐式类型转换  bar = foo;      // calls assignment  foo = bar;      // calls type-cast operator，相当于 foo = A(bar);  return 0;}

再看下面的一个例子：

#include <iostream>using namespace std;class A {};class B {public:  explicit B (const A& x) {}  B& operator= (const A& x) {return *this;}  operator A() {return A();}};void fn (B x) {}  // 当我们希望x只能是B类型时，我们就需要禁止隐式类型转换int main (){  A foo;  B bar (foo);  // 必须显式类型转换，不再允许B bar = foo;   bar = foo;  foo = bar;//  fn (foo);  // 不允许隐式类型转换  fn (bar);    return 0;}

2.1 强制类型转换

C++ 提供四种转换操作符来实现显式类型转换：

2.1.1 static_cast

static_cast <new_type> (expression)

static_cast强制转换只会在编译时检查，但没有运行时类型检查来保证转换的安全性。同时，static_cast也不能去掉expression的const、volitale、或者__unaligned属性。

其主要应用场景有：

• 用于类层次结构中基类和子类之间指针或引用的转换。进行上行转换（把子类的指针或引用转换成基类表示）是安全的；进行下行转换（把基类指针或引用转换成子类指针或引用）时，由于没有动态类型检查，所以是不安全的。
• 用于基本数据类型之间的转换，如把int转换成char，把int转换成enum。这种转换的安全性也要开发人员来保证。
• 把void指针转换成目标类型的指针(不安全!!)
• 把任何类型的表达式转换成void类型
• 将enum class值转化为整数或者浮点数
• 转换为右值引用

2.1.2 dynamic_cast

dynamic_cast <new_type> (expression)

new_type 必须是一个指针或引用或“指向 void 的指针”。 如果 new_type 是指针，则expression 的类型必须是指针，如果 type-id 是引用，则expression为左值。 如果转型失败会返回null（转型对象为指针时）或抛出异常（转型对象为引用时)。dynamic_cast 会动用运行时信息（RTTI）来进行类型安全检查，因此dynamic_cast 存在一定的效率损失。

dynamic_cast 的一个重要作用就是要确保转换结果应该指向一个完整的目标类型。 下面给一个示例：

#include <iostream>#include <exception>using namespace std;class Base { virtual void dummy() {} };class Derived: public Base { int a; };int main () {  try {    Base * pba = new Derived;    Base * pbb = new Base;    Derived * pd;    pd = dynamic_cast<Derived*>(pba);    if (pd==0) cout << "Null pointer on first type-cast.\n";    pd = dynamic_cast<Derived*>(pbb);    if (pd==0) cout << "Null pointer on second type-cast.\n";  } catch (exception& e) {cout << "Exception: " << e.what();}  return 0;}

输出结果为：

Null pointer on second type-cast.

分析： 尽管pba和pbb都是Base指针类型，但其指向的对象却分别是Derived 和 Base。而由于Base相比Derived少了int a的定义，因此无法完整的由Base转到Derived。

此外，dynamic_cast只有在基类存在虚函数(虚函数表)的情况下才有可能将基类指针转化为子类。

2.1.3 const_cast

const_cast <new_type> (expression)

new_type 必须是一个指针、引用或者指向对象类型成员的指针。

const_cast用于去除除对象的const或者volatile属性。

void Func(double& d) { ... }  void ConstCast()  {     const double pi = 3.14;     Func(const_cast<double&>(pi)); //No error.  }

2.1.4 reinterpret_cast

reinterpret_cast <new_type> (expression)

new_type必须是一个指针、引用、算术类型、函数指针或者成员指针。其转换结果与编译平台息息相关，不具有可移植性，因此在一般的代码中不常见到它。reinterpret_cast 常用的一个用途是转换函数指针类型，即可以将一种类型的函数指针转换为另一种类型的函数指针，但这种转换可能会导致不正确的结果。总之，reinterpret_cast只用于底层代码，一般我们都用不到它，如果你的代码中使用到这种转型，务必明白自己在干什么

参考资料

• cplusplus type conversiones http://www.cplusplus.com/doc/tutorial/typecasting/
• 【C++专题】static_cast, dynamic_cast, const_cast探讨 http://www.cnblogs.com/chio/archive/2007/07/18/822389.html
• 类型转换与类型安全https://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/hh279667.aspx