Static_cast 与 Dynamic_cast的区别
来源：互联网 发布：淘宝淘客怎么无法打开 编辑：程序博客网 时间：2024/04/28 07:15
来自书本上的解释：
用 static_cast<type-id > ( expression )
1. static_cast(expression) The static_cast<>() is used to cast between the integer types. 'e.g.' char->long, int->short etc.
用来数值之间的转化。
2. 可以在相关指针之间转换，指针在void * 之间转换，还可以在基类和派生类之间转换。 这些转换是在编译的时候就确定下来转换（无非就是根据继承关系，偏移指针而已），但是这需要自己保证安全。
比如
#include <iostream>using namespace std;class Base {public: virtual void f() {cout<<"Base::f()"<<endl;}};class Derive: public Base{public: virtual void f() {cout<<"Derive::f()"<<endl;} virtual void f2() {cout<<"Derive::f1()"<<endl;}};int main(){ Base *pbase1 = new Derive(); Derive* pderive1 = static_cast<Derive *>(pbase1); pderive1->f(); // Derive::f() Base* pbase2 = new Base(); Derive * pderive2 = static_cast<Derive *>(pbase2); pderive2->f(); // Base::f() pderive2->f2(); // throw exception "Access violation reading" delete pbase1; delete pbase2;}
虽然 由 pbase2 转化到 pderive2 ，编译器编译正确。 但是当调用 pderive2->f(); 应该不是希望的； 调用pderive2->f2() 因为基类本身就没有这个函数，说以运行时出错，抛出异常。
所以说static_cast 是编译时确定下来，需要自己确保转换类型安全，否则运行时会抛出异常.
注意static_cast 不能直接在没有继承关系的对象指针之间进行转换。在Com 里面实现不同接口的同个对象，其也不能再接口之间转换（更何况是动态的），所以COM提供一个query 借口。
用法：dynamic_cast < type-id > ( expression)
是专门用于具有继承关系的类之间转换的，尤其是向下类型转换，是安全的。
#include <iostream>using namespace std;class Base{public:virtual void f() {cout<<"Base::f()"<<endl;}};class Derive: public Base{public:virtual void f() {cout<<"Derive::f()"<<endl;}virtual void f2() {cout<<"Derive::f1()"<<endl;}};int main(){Base *pbase1 = new Derive();Derive* pderive1 = dynamic_cast<Derive *>(pbase1); //down-castpderive1->f(); // Derive::f()Base* pbase2 = new Base();Derive * pderive2 = dynamic_cast<Derive *>(pbase2); //up-castif ( pderive2) // NULL{pderive2->f();pderive2->f2();}delete pbase1;delete pbase2;}
dynamic_cast 如何保证转换是安全的？ 如何知道具体该类的具体类型 以及 继承关系呢？
引入RTTI，其存储着类运行的相关信息， 比如类的名字，以及类的基类。下面就介绍RTTI。
2. RTTI （Run Time Type info)
这个神奇的东西用于存储类的相关信息，用于在运行时识别类对象的信息。C++ 里面只记录的类的名字和类的继承关系链。使得编译成二进制的代码，对象可以知道自己的名字（ASCII），以及在继承链中的位置。
C++ 里面提供 一个关键字 typeid ， 一个数据类型 typeinfo，以及对应的头文件 typeinfo.h
1 #include <iostream> 2 #include <typeinfo> 3 using namespace std; 4 5 class Base 6 { 7 public: 8 virtual void f() {} // it must need the virtual table 9 };10 11 12 class Derive: public Base13 {14 15 };16 17 18 class Derive2: public Base19 {20 21 };22 23 void f(Base* pbase)24 {25 const type_info& typeinfo = typeid(pbase);26 cout << typeinfo.name()<<endl;27 28 29 if(NULL != dynamic_cast<Derive*>(pbase))30 {31 cout<<"type: Derive"<<endl;32 }33 else if(NULL != dynamic_cast<Derive2*>(pbase))34 {35 cout<<"type: Derive2"<<endl;36 }37 else38 {39 //ASSERT(0)40 }41 }42 43 44 int main()45 {46 Base *pbase1 = new Derive();47 f(pbase1);48 49 Base* pbase = new Derive2();50 f(pbase);51 }
out put:
1 class Base *2 type: Derive3 class Base *4 type: Derive2
可见 Dynamic 是运行时确定的，是安全的。 那么
1. RTTI 的信息如何和对象绑定在一起？什么时候绑定的？
2. 为什么dynam_cast 必须要求转换的类型之间要有虚函数？否则编译通不过。
下面来回答这个问题。
3.RTTI 如何与对象绑定
google，找资料。 下面的图来自于 “Inside C++ Model”， RTTI 的info 是如何和对象之间的关系：
class Point { public: Point( float xval ); virtual ~Point(); float x() const; static int PointCount(); protected: virtual ostream& print( ostream &os ) const; float _x; static int _point_count; };
其内存中模型：
明显RTTI info 存在于虚表的第一项。第二个问题就可以回答，因为RTTI 依赖于虚表，所以用dynamic_cast 对应的类一定要有虚函数。
下面在VC中验证一下，
在VC中，我们知道虚指针指向虚表，对应的虚表第一项就是第一个虚函数。如果我们认为虚函数构成虚表，那么就可以认为RTTI info 就走虚表的紧邻上面。
下面验证：
1. 在VC 中查看RTTI中类名字
从上面图表可见，RTTI 对应的内容是空的。那么VC的实现和 书中的模型不一致吗？难道RTTI不在虚表的上面吗 ？接着有了下面的验证：
2. 把虚表上面指向RTTI info 的地址，给设置为0, 那么typeid 还可以工作吗？ Dynamic_cast 还可以工作吗？如果还可以工作，则说明这个地址指向的数据无关。
如果将虚表上的RTTI的指针置空，dynamic_cast 就不能运行,抛出异常“std:: __non_rtti_object” . 那说明这个地址，还是与RTTI有关。 那问题出在哪里？
尝试在google 里面搜索，但是未果。 那么Dynamic_cast 的依赖于 RTTI的信息，那么Dynamic_cast的实现着手看看. 查看一下 他的汇编代码。 于是有了下面的实验。
3. RTTI 在VC里面如何实现的。
将上面的代码以汇编形式输出，查看。
24 : Derive * pderive = dynamic_cast<Derive*>(pbase); push 0 push OFFSET ??_R0?AVDerive@@@8 push OFFSET ??_R0?AVBase@@@8 push 0 mov eax, DWORD PTR _pbase$[ebp] push eax call ___RTDynamicCast add esp, 20 ; 00000014H mov DWORD PTR _pderive$[ebp], eax
发现 dynamic_cast的实现依赖于 对象本身，以及 ??_R0?AVDerive@@@8 和 ??_R0?AVBase@@@8 . 于是继续查看代码
View Code
1 ; Listing generated by Microsoft (R) Optimizing Compiler Version 14.00.50727.762 2 3 TITLE c:\Documents and Settings\zhangroc\Desktop\TW\Test\static_cast\static_cast.cpp 4 .686P 5 .XMM 6 include listing.inc 7 .model flat 8 9 INCLUDELIB MSVCRTD 10 INCLUDELIB OLDNAMES 11 12 PUBLIC ??_C@_0P@GHFPNOJB@bad?5allocation?$AA@ ; `string' 13 _DATA SEGMENT 14 __bad_alloc_Message DD FLAT:??_C@_0P@GHFPNOJB@bad?5allocation?$AA@ 15 _DATA ENDS 16 ; COMDAT ??_C@_0P@GHFPNOJB@bad?5allocation?$AA@ 17 CONST SEGMENT 18 ??_C@_0P@GHFPNOJB@bad?5allocation?$AA@ DB 'bad allocation', 00H ; `string' 19 CONST ENDS 20 PUBLIC ??_R0?AVBase@@@8 ; Base `RTTI Type Descriptor' 21 PUBLIC ??_R0?AVDerive@@@8 ; Derive `RTTI Type Descriptor' 22 PUBLIC ??0Derive@@QAE@XZ ; Derive::Derive 23 PUBLIC _main 24 EXTRN ___RTDynamicCast:PROC 25 EXTRN ??2@YAPAXI@Z:PROC ; operator new 26 EXTRN __RTC_CheckEsp:PROC 27 EXTRN __RTC_Shutdown:PROC 28 EXTRN __RTC_InitBase:PROC 29 EXTRN ??_7type_info@@6B@:QWORD ; type_info::`vftable' 30 ; COMDAT ??_R0?AVBase@@@8 31 ; File c:\documents and settings\zhangroc\desktop\tw\test\static_cast\static_cast.cpp 32 _DATA SEGMENT 33 ??_R0?AVBase@@@8 DD FLAT:??_7type_info@@6B@ ; Base `RTTI Type Descriptor' 34 DD 00H 35 DB '.?AVBase@@', 00H 36 _DATA ENDS 37 ; COMDAT ??_R0?AVDerive@@@8 38 _DATA SEGMENT 39 ??_R0?AVDerive@@@8 DD FLAT:??_7type_info@@6B@ ; Derive `RTTI Type Descriptor' 40 DD 00H 41 DB '.?AVDerive@@', 00H 42 _DATA ENDS 43 ; COMDAT rtc$TMZ 44 rtc$TMZ SEGMENT 45 __RTC_Shutdown.rtc$TMZ DD FLAT:__RTC_Shutdown 46 rtc$TMZ ENDS 47 ; COMDAT rtc$IMZ 48 rtc$IMZ SEGMENT 49 __RTC_InitBase.rtc$IMZ DD FLAT:__RTC_InitBase 50 ; Function compile flags: /Odtp /RTCsu /ZI 51 rtc$IMZ ENDS 52 ; COMDAT _main 53 _TEXT SEGMENT 54 tv69 = -256 ; size = 4 55 $T3121 = -248 ; size = 4 56 _pderive$ = -44 ; size = 4 57 _rtti$ = -32 ; size = 4 58 _ptable$ = -20 ; size = 4 59 _pbase$ = -8 ; size = 4 60 _main PROC ; COMDAT 61 62 ; 19 : { 63 64 push ebp 65 mov ebp, esp 66 sub esp, 256 ; 00000100H 67 push ebx 68 push esi 69 push edi 70 lea edi, DWORD PTR [ebp-256] 71 mov ecx, 64 ; 00000040H 72 mov eax, -858993460 ; ccccccccH 73 rep stosd 74 75 ; 20 : Base *pbase = new Derive(); 76 77 push 4 78 call ??2@YAPAXI@Z ; operator new 79 add esp, 4 80 mov DWORD PTR $T3121[ebp], eax 81 cmp DWORD PTR $T3121[ebp], 0 82 je SHORT $LN3@main 83 mov ecx, DWORD PTR $T3121[ebp] 84 call ??0Derive@@QAE@XZ 85 mov DWORD PTR tv69[ebp], eax 86 jmp SHORT $LN4@main 87 $LN3@main: 88 mov DWORD PTR tv69[ebp], 0 89 $LN4@main: 90 mov eax, DWORD PTR tv69[ebp] 91 mov DWORD PTR _pbase$[ebp], eax 92 93 ; 21 : int *ptable = (int*)(*(int*)pbase); 94 95 mov eax, DWORD PTR _pbase$[ebp] 96 mov ecx, DWORD PTR [eax] 97 mov DWORD PTR _ptable$[ebp], ecx 98 99 ; 22 : int *rtti = ptable -1;100 101 mov eax, DWORD PTR _ptable$[ebp]102 sub eax, 4103 mov DWORD PTR _rtti$[ebp], eax104 105 ; 23 : 106 ; 24 : Derive * pderive = dynamic_cast<Derive*>(pbase);107 108 push 0109 push OFFSET ??_R0?AVDerive@@@8110 push OFFSET ??_R0?AVBase@@@8111 push 0112 mov eax, DWORD PTR _pbase$[ebp]113 push eax114 call ___RTDynamicCast115 add esp, 20 ; 00000014H116 mov DWORD PTR _pderive$[ebp], eax117 118 ; 25 : 119 ; 26 : }120 121 xor eax, eax122 pop edi123 pop esi124 pop ebx125 add esp, 256 ; 00000100H126 cmp ebp, esp127 call __RTC_CheckEsp128 mov esp, ebp129 pop ebp130 ret 0131 _main ENDP132 _TEXT ENDS133 PUBLIC ??_7Derive@@6B@ ; Derive::`vftable'134 PUBLIC ??0Base@@QAE@XZ ; Base::Base135 PUBLIC ??_R4Derive@@6B@ ; Derive::`RTTI Complete Object Locator'136 PUBLIC ??_R3Derive@@8 ; Derive::`RTTI Class Hierarchy Descriptor'137 PUBLIC ??_R2Derive@@8 ; Derive::`RTTI Base Class Array'138 PUBLIC ??_R1A@?0A@EA@Derive@@8 ; Derive::`RTTI Base Class Descriptor at (0,-1,0,64)'139 PUBLIC ??_R1A@?0A@EA@Base@@8 ; Base::`RTTI Base Class Descriptor at (0,-1,0,64)'140 PUBLIC ??_R3Base@@8 ; Base::`RTTI Class Hierarchy Descriptor'141 PUBLIC ??_R2Base@@8 ; Base::`RTTI Base Class Array'142 PUBLIC ?f@Base@@UAEXXZ ; Base::f143 ; COMDAT ??_R2Base@@8144 rdata$r SEGMENT145 ??_R2Base@@8 DD FLAT:??_R1A@?0A@EA@Base@@8 ; Base::`RTTI Base Class Array'146 rdata$r ENDS147 ; COMDAT ??_R3Base@@8148 rdata$r SEGMENT149 ??_R3Base@@8 DD 00H ; Base::`RTTI Class Hierarchy Descriptor'150 DD 00H151 DD 01H152 DD FLAT:??_R2Base@@8153 rdata$r ENDS154 ; COMDAT ??_R1A@?0A@EA@Base@@8155 rdata$r SEGMENT156 ??_R1A@?0A@EA@Base@@8 DD FLAT:??_R0?AVBase@@@8 ; Base::`RTTI Base Class Descriptor at (0,-1,0,64)'157 DD 00H158 DD 00H159 DD 0ffffffffH160 DD 00H161 DD 040H162 DD FLAT:??_R3Base@@8163 rdata$r ENDS164 ; COMDAT ??_R1A@?0A@EA@Derive@@8165 rdata$r SEGMENT166 ??_R1A@?0A@EA@Derive@@8 DD FLAT:??_R0?AVDerive@@@8 ; Derive::`RTTI Base Class Descriptor at (0,-1,0,64)'167 DD 01H168 DD 00H169 DD 0ffffffffH170 DD 00H171 DD 040H172 DD FLAT:??_R3Derive@@8173 rdata$r ENDS174 ; COMDAT ??_R2Derive@@8175 rdata$r SEGMENT176 ??_R2Derive@@8 DD FLAT:??_R1A@?0A@EA@Derive@@8 ; Derive::`RTTI Base Class Array'177 DD FLAT:??_R1A@?0A@EA@Base@@8178 rdata$r ENDS179 ; COMDAT ??_R3Derive@@8180 rdata$r SEGMENT181 ??_R3Derive@@8 DD 00H ; Derive::`RTTI Class Hierarchy Descriptor'182 DD 00H183 DD 02H184 DD FLAT:??_R2Derive@@8185 rdata$r ENDS186 ; COMDAT ??_R4Derive@@6B@187 rdata$r SEGMENT188 ??_R4Derive@@6B@ DD 00H ; Derive::`RTTI Complete Object Locator'189 DD 00H190 DD 00H191 DD FLAT:??_R0?AVDerive@@@8192 DD FLAT:??_R3Derive@@8193 rdata$r ENDS194 ; COMDAT ??_7Derive@@6B@195 CONST SEGMENT196 ??_7Derive@@6B@ DD FLAT:??_R4Derive@@6B@ ; Derive::`vftable'197 DD FLAT:?f@Base@@UAEXXZ198 ; Function compile flags: /Odtp /RTCsu /ZI199 CONST ENDS200 ; COMDAT ??0Derive@@QAE@XZ201 _TEXT SEGMENT202 _this$ = -8 ; size = 4203 ??0Derive@@QAE@XZ PROC ; Derive::Derive, COMDAT204 ; _this$ = ecx205 push ebp206 mov ebp, esp207 sub esp, 204 ; 000000ccH208 push ebx209 push esi210 push edi211 push ecx212 lea edi, DWORD PTR [ebp-204]213 mov ecx, 51 ; 00000033H214 mov eax, -858993460 ; ccccccccH215 rep stosd216 pop ecx217 mov DWORD PTR _this$[ebp], ecx218 mov ecx, DWORD PTR _this$[ebp]219 call ??0Base@@QAE@XZ220 mov eax, DWORD PTR _this$[ebp]221 mov DWORD PTR [eax], OFFSET ??_7Derive@@6B@222 mov eax, DWORD PTR _this$[ebp]223 pop edi224 pop esi225 pop ebx226 add esp, 204 ; 000000ccH227 cmp ebp, esp228 call __RTC_CheckEsp229 mov esp, ebp230 pop ebp231 ret 0232 ??0Derive@@QAE@XZ ENDP ; Derive::Derive233 ; Function compile flags: /Odtp /RTCsu /ZI234 _TEXT ENDS235 ; COMDAT ?f@Base@@UAEXXZ236 _TEXT SEGMENT237 _this$ = -8 ; size = 4238 ?f@Base@@UAEXXZ PROC ; Base::f, COMDAT239 ; _this$ = ecx240 241 ; 8 : virtual void f() {}242 243 push ebp244 mov ebp, esp245 sub esp, 204 ; 000000ccH246 push ebx247 push esi248 push edi249 push ecx250 lea edi, DWORD PTR [ebp-204]251 mov ecx, 51 ; 00000033H252 mov eax, -858993460 ; ccccccccH253 rep stosd254 pop ecx255 mov DWORD PTR _this$[ebp], ecx256 pop edi257 pop esi258 pop ebx259 mov esp, ebp260 pop ebp261 ret 0262 ?f@Base@@UAEXXZ ENDP ; Base::f263 _TEXT ENDS264 PUBLIC ??_7Base@@6B@ ; Base::`vftable'265 PUBLIC ??_R4Base@@6B@ ; Base::`RTTI Complete Object Locator'266 ; COMDAT ??_R4Base@@6B@267 rdata$r SEGMENT268 ??_R4Base@@6B@ DD 00H ; Base::`RTTI Complete Object Locator'269 DD 00H270 DD 00H271 DD FLAT:??_R0?AVBase@@@8272 DD FLAT:??_R3Base@@8273 rdata$r ENDS274 ; COMDAT ??_7Base@@6B@275 CONST SEGMENT276 ??_7Base@@6B@ DD FLAT:??_R4Base@@6B@ ; Base::`vftable'277 DD FLAT:?f@Base@@UAEXXZ278 ; Function compile flags: /Odtp /RTCsu /ZI279 CONST ENDS280 ; COMDAT ??0Base@@QAE@XZ281 _TEXT SEGMENT282 _this$ = -8 ; size = 4283 ??0Base@@QAE@XZ PROC ; Base::Base, COMDAT284 ; _this$ = ecx285 push ebp286 mov ebp, esp287 sub esp, 204 ; 000000ccH288 push ebx289 push esi290 push edi291 push ecx292 lea edi, DWORD PTR [ebp-204]293 mov ecx, 51 ; 00000033H294 mov eax, -858993460 ; ccccccccH295 rep stosd296 pop ecx297 mov DWORD PTR _this$[ebp], ecx298 mov eax, DWORD PTR _this$[ebp]299 mov DWORD PTR [eax], OFFSET ??_7Base@@6B@300 mov eax, DWORD PTR _this$[ebp]301 pop edi302 pop esi303 pop ebx304 mov esp, ebp305 pop ebp306 ret 0307 ??0Base@@QAE@XZ ENDP ; Base::Base308 _TEXT ENDS309 END
原来虚表上面指向是一个 Derive::`RTTI Complete Object Locator 。 用google 搜索下面的该关键字，有了下面的文章
http://www.openrce.org/articles/full_view/23
和该图：
谜底揭晓： 原来虚表上面的地址是指向一个结构 Derive::`RTTI Complete Object Locator ， 这个结构指向该类的名字，和其对象继承链。
这就回答了第一个问题，RTTI info 如何和对象绑定的？ 在对象创建的时候，调用构造函时候，创建虚表以及RTTI info，这样dynamic cast 就可以去访问RTTI，从而保证安全。
同样有个一问题，那就是RTTI 效率底下，试下如果一个类其继承多层，而且有多继承，那么查找链就相当遍历一个链表。
4. 实现一个代码用来从RTTI中读取类名字
1 #include "iostream" 2 #include "string" 3 #include <typeinfo> 4 using namespace std; 5 6 7 class Base 8 { 9 public:10 virtual void f() { }11 };12 13 class Derive : public Base14 {15 };16 17 typedef unsigned long DWORD;18 19 struct TypeDescriptor20 {21 DWORD ptrToVTable;22 DWORD spare;23 char name[ ];24 };25 struct RTTICompleteObjectLocator26 27 {28 29 DWORD signature; //always zero ?30 31 DWORD offset; //offset of this vtable in the complete class32 33 DWORD cdOffset; //constructor displacement offset34 35 struct TypeDescriptor* pTypeDescriptor; //TypeDescriptor of the complete class36 37 int * ptr;38 //struct RTTIClassHierarchyDescriptor* pClassDescriptor; //describes inheritance hierarchy39 40 };41 42 43 int main()44 {45 46 Base *pderive = new Derive();47 48 int **ptr = (int **)(&pderive);49 50 int *ptable = (int *)(*(int *)(*ptr)); 51 52 int * rtti = ptable -1;53 54 RTTICompleteObjectLocator * RIIT_locator = (RTTICompleteObjectLocator *)( *(int*)rtti);55 56 cout<<RIIT_locator->pTypeDescriptor->name<<endl;57 58 }
Out put:
.?AVDerive@@
当然可以根据RTTI的信息，可以遍历其继承关系图。留作一个练习，可以尝试一下。
总结：
static_cast 用于数值类型之间的转换，也可以用于指针之间的转换，编译的已经确定好，效率高，但须要自己保证其安全性。
dynamic_cast 用于有继承关系的类之间转换，是基于RTTI数据信息的，运行时检测，安全，但是效率低。
Refernce：
RTTI intoduction：
1. http://www.rcs.hu/Articles/RTTI_Part1.htm [介绍RTTI 的应用，需要的借口，以及一个实现]
2. http://www.codeproject.com/KB/cpp/dynamic_cpp.aspx
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