C++中的类型转换与类型识别 2

C++ 基础内容， 不值一提

Author：Jacky Wu       2006-4-17

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3：多态中的类型转换

多态中的类型转换是通过使用基类的指针或者引用来实现的，包括“向上类型转换(upcasting)”和“向下类型转换（downcasting）”，其中向下类型转换的实现是通过virtual 机制实现的，关于C++ 中virtual机制要好好理解，这里仅仅聊聊它们之中的类型转换。

a.向上类型转换 upcasting

//Inheritance & upcasting

enum note { middleC, Csharp, Eflat };

class Instrument {

public:

    void play(note) const {

       cout << "Instrument::play" << endl;

    }

};

 

class Wind : public Instrument {

public:

    void play(note) const {

       cout << "Wind::play" << endl;

    }

};

 

void tune(Instrument& i) {

    //这里可能发生类型转换

    i.play(middleC);

}

int main() {

    Wind flute;

    tune(flute);  //传递的是Wind型对象，发生向上类型转换  

}

//输出结果：

Instrument::play

在这里由于自动发生了类型转换，Wind 类型被自动转换到Instrument基类型上（只有显示继承关系才能发生这种转换），在这种情况下，显然程序输出的结果不是我们所期望的，如果想发生正确的调用就必须使用虚机制（virtual class& function）。在这里，我们只谈类型转换。我们先来看一下发生正确调用的类型转换：

 

//Inheritance & upcasting

enum note { middleC, Csharp, Eflat };

class Instrument {

public:

    virtual void play(note) const {  //只是在这里声明为虚函数

       cout << "Instrument::play" << endl;

    }

};

 

class Wind : public Instrument {

public:

    void play(note) const {

       cout << "Wind::play" << endl;

    }

};

 

void tune(Instrument& i) {

    //这里可能发生类型转换

    i.play(middleC);

}

int main() {

    Wind flute;

    tune(flute);  //传递的是Wind型对象，发生向上类型转换  

}

输出结果：

Wind::play

这才是正确的“向上类型转换”，关于类的虚机制，我们在后面专门介绍。

 

b.向下类型转换(downcasting)

由于向上类型转换是安全的转换，在转换过程中会变成更一般的基类型，所以在转换后，一般不会出现错误。但向下类型转换就会出现迷惑，由一般基类型转换到子类型就会出现不清楚的问题。举个例子，Pet （宠物） 代表一个类型，Cat 和 Dog是它的派生子类，从Cat，或者Dog转换到Pet，是可以理解并正确的，但是如果是一个Pet，那如何知道它是必须转换成Cat还是Dog？？这必须使用C++中的RTTI（run-time type identification） 运行时刻类型识别机制来进行处理。

有几个关键字要用到，他们是typeid , static_cast , dynamic_cast，为了能够安全的进行 downcasting，我们就得学会使用这些关键字，但是更好的方法是使用C++提供的虚机制。

由于C++在考虑到了效率因素，它在类的实现中并没有给每个类额外的加上“类型信息” (class information) ，所以我们就不能直接对普通类进行转换，因此，在使用这个功能的时候，类必须是多态方式实现的（必须有virtual机制），看代码：

class Pet {

public:

    virtual ~Pet() {}

};

 

class Dog : public Pet {};

class Cat: public Pet {};

int main() {

    Pet* pt = new Cat;   //Upcast

    //尝试 将 pt转换为 Dog，这中转换是错误的，dg = 0

    Dog* dg = dynamic_cast<Dog*> (pt);

    //尝试转换为Cat,正确

    Cat* ct = dynamic_cast<Cat*> (pt);

    cout << " dg = " << dg << endl;

    cout << " ct = " << ct << endl;

}

输出结果：

dg = 0

 ct = 0x3d2480

可见，如果发生成功的dynamic_cast转换，返回得到的对象的地址，相反，失败的转换返回0，在这种情况下，我们必须对返回的结果做出判定，否则就可能会发生错误。

这样，程序会花费额外的开销，如果我们知道被转换的对象是何种类型，我们就可以使用static_cast，同时使用typeid来确保这种转换是正确的，看下面的代码：

#include <iostream>

#include <typeinfo>

using namespace std;

class Pet {

public:

    virtual ~Pet() {}

};

 

class Dog : public Pet {};

class Cat: public Pet {};

int main() {

    Dog adog;

    Pet* apet = &adog;   //正确的向上类型转换

   

    Dog* dg = 0;

    Cat* ct = 0;

    cout << typeid(apet).name()<< endl;

    cout << typeid(dg).name() << endl;

    cout << typeid(ct).name() << endl;

//上面的输出结果和编译器相关

    if(typeid(apet) == typeid(dg)) {//利用typeid()确定其所属类型

       dg = static_cast<Dog*>(apet);

    }

      

    if(typeid(apet) == typeid(ct)) {

       ct = static_cast<Cat*>(apet);

    }

   

    if(dg != 0) {

       cout << "It is a Dog/n";

    }

    if(ct != 0) {

       cout << "It is a Cat/n";

    }

}

输出结果：

P3Pet

P3Dog

P3Cat

 

在这个程序中用了头文件<typeinfo> ，这是C++为RTTI提供支持的一个头文件。用typeid操作符来确定对象指针的所属类型，它返回的是一个指向静态type_info型对象的引用。由于static_cast , dynamic_cast不能转换到其他外部类型，所以这种转换是安全的，但是有一定的效率损失，在一般情况下我们使用dynamic_cast而不用static_cast。

  C++中的类型转换由于牵涉到虚机制和RTTI机制，看起来会让人感到迷惑，同时有些复杂，如果弄清楚这两个重要的内在机制在理解类型转换就会很容易。