static_cast、dynamic_cast、reinterpret_cast、和const_cast

关于强制类型转换的问题，很多书都讨论过，写的最详细的是C++ 之父的《C++ 的设计和演化》。最好的解决方法就是不要使用C风格的强制类型转换，而是使用标准C++的类型转换符：static_cast, dynamic_cast。标准C++中有四个类型转换符：static_cast、dynamic_cast、reinterpret_cast、和const_cast。下面对它们一一进行介绍。

static_cast

用法：static_cast < type-id > ( expression )

该运算符把expression转换为type-id类型，但没有运行时类型检查来保证转换的安全性。它主要有如下几种用法：

• 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表示）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。
• 把空指针转换成目标类型的空指针。
• 把任何类型的表达式转换成void类型。

注意：static_cast不能转换掉expression的const、volitale、或者__unaligned属性。

dynamic_cast

用法：dynamic_cast < type-id > ( expression )

该运算符把expression转换成type-id类型的对象。Type-id必须是类的指针、类的引用或者void *；如果type-id是类指针类型，那么expression也必须是一个指针，如果type-id是一个引用，那么expression也必须是一个引用。

dynamic_cast主要用于类层次间的上行转换和下行转换，还可以用于类之间的交叉转换。

在类层次间进行上行转换时，dynamic_cast和static_cast的效果是一样的；在进行下行转换时，dynamic_cast具有类型检查的功能，比static_cast更安全。

class B{

public:

int m_iNum;

virtual void foo();

};

class D:public B{

public:

char *m_szName[100];

};



void func(B *pb){

D *pd1 = static_cast<D *>(pb);

D *pd2 = dynamic_cast<D *>(pb);

}

在上面的代码段中，如果pb指向一个D类型的对象，pd1和pd2是一样的，并且对这两个指针执行D类型的任何操作都是安全的；但是，如果pb指向的是一个B类型的对象，那么pd1将是一个指向该对象的指针，对它进行D类型的操作将是不安全的（如访问m_szName），而pd2将是一个空指针。另外要注意：B要有虚函数，否则会编译出错；static_cast则没有这个限制。这是由于运行时类型检查需要运行时类型信息，而这个信息存储在类的虚函数表（关于虚函数表的概念，详细可见<Inside c++ object model>）中，只有定义了虚函数的类才有虚函数表，没有定义虚函数的类是没有虚函数表的。

另外，dynamic_cast还支持交叉转换（cross cast）。如下代码所示。

class A{

public:

int m_iNum;

virtual void f(){}

};



class B:public A{

};



class D:public A{

};



void foo(){

B *pb = new B;

pb->m_iNum = 100;

D *pd1 = static_cast<D *>(pb); //copile error

D *pd2 = dynamic_cast<D *>(pb); //pd2 is NULL

delete pb;

}

在函数foo中，使用static_cast进行转换是不被允许的，将在编译时出错；而使用 dynamic_cast的转换则是允许的，结果是空指针。

reinpreter_cast

用法：reinpreter_cast<type-id> (expression)

type-id必须是一个指针、引用、算术类型、函数指针或者成员指针。它可以把一个指针转换成一个整数，也可以把一个整数转换成一个指针（先把一个指针转换成一个整数，在把该整数转换成原类型的指针，还可以得到原先的指针值）。

该运算符的用法比较多。

const_cast

用法：const_cast<type_id> (expression)

该运算符用来修改类型的const或volatile属性。除了const 或volatile修饰之外， type_id和expression的类型是一样的。

常量指针被转化成非常量指针，并且仍然指向原来的对象；常量引用被转换成非常量引用，并且仍然指向原来的对象；常量对象被转换成非常量对象。

Voiatile和const类试。举如下一例：

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
}

上面的代码编译时会报错，因为b1是一个常量对象，不能对它进行改变；使用const_cast把它转换成一个常量对象，就可以对它的数据成员任意改变。注意：b1和b2是两个不同的对象。

// TestCast.cpp : Defines the entry point for the console application.
//

#include "stdafx.h"
#include <iostream>
using namespace std;

class Base
{
 public:
    virtual void f() { cout << "Base::f" << endl; }
    void f1(){cout << "Base::f1" << endl;}
private:
    double x;
    double y;
};
class Derived : public Base
{
public:
    virtual void f(){cout << "Derived::f" << endl; }
    virtual void k(){cout << "Derived::k" << endl; }
private:
    double z;
};

class Base1
{
public:
    virtual void g(){ cout << "Base1::g" << endl;}
    void g1(){cout << "Base1::g1" << endl;}
};
class Derived1 : public Base,public Base1
{
public:
    virtual void f(){ cout << "Derived1::f" << endl;}
    virtual void h(){ cout << "Derived1::h" << endl;}
};

void Test1()
{

    // 对于单继承，
    // 如果PD真的指向Derived，用dynamic_cast和static_cast效果相同
     Base *pD = new Derived;
     Derived *pD1 = dynamic_cast<Derived*>(pD);
     pD1->f();
     pD1->k();
     pD1->f1();

     Derived *pD2 = static_cast<Derived*>(pD);
     pD2->f();
     pD2->k();
     pD2->f1();


    // 但是如果PB不是真的指向Derived，则用dynamic_cast则返回NULL，能够更早的禁止error的发生，
    // 如果用static_cast虽然返回的不为NULL，但是运行时可能抛出exception。
    //// Error code 
    //Base *pB = new Base();
    //Derived *pD3 = static_cast<Derived*>(pB);
    //pD3->f();
    //pD3->k();
    //pD3->f1();

    //Derived *pD4 = dynamic_cast<Derived*>(pB);
    //pD4->f();
    //pD4->k();
    //pD4->f1();
}

void Test2()
{
    // 对于多重继承，
    // 如果PD真的指向的是Derived1，使用dynamic_cast和static_cast都可以转化为Derived1，
    // 但是如果要转化为Base的兄弟类Base1，必须使用dynamic_cast，使用static_cast不能编译。
     Base *pD = new Derived1;
     Derived1 *pD1 = dynamic_cast<Derived1*>(pD);
     pD1->f();
     pD1->h();
     pD1->f1();

     Base1 *pB1 = dynamic_cast<Base1*>(pD);
     pB1->g();

     Derived1 *pD2 = static_cast<Derived1*>(pD);
     pD2->f();
     pD1->h();
     pD2->f1();

    //// error can not compiler
    //Base1 *pB2 = static_cast<Base1*>(pD);
    //pB2->g();

    // 当然对于PB不是真的指向Derived1，想要转化为Derived1或Base的兄弟类Base1，情况与Test1中的error情况相同。


}

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
     Test1();

     Test2();

    return 0;
}