C++:类型转换

一、C语言中的类型转换

二、为什么C++要新的转换格式

三、 C++强制类型转换

1.static_cast

2.reinterpret_cast

3.const_cast

4.dynamic_cast

一、C语言中的类型转换

在C语言中，如果赋值运算符左右两侧类型不同，或者形参与实参类型不匹配，或者返回值类型与接收返回值类型不一致时，就需要发生类型转化，C语言中总共有两种形式的类型转换：隐式类型转换和显式类型转换。
隐式类型转化：编译器在编译阶段自动进行，能转就转，不能转就编译失败
显式类型转化：需要用户自己处理
void Test ()
{
   int i = 1;
   int* p = &i;

   // 隐式类型转换
   double d = i;
   printf("%d, %.2f\n" , i, d);

   // 显示的强制类型转换
   int address = (int) p;
   printf("%x, %d\n" , p, address);
}
注意：一般关联性强，表示的意义相近的变量可以隐式转换，如int转换成double；一般关联性不强的一些内置类型可以显示转换，比如(void*)int转换成void*；没有关联性的几乎不能转换。

缺陷：转换的可视性比较差，所有的转换形式都是以一种相同形式书写，难以跟踪错误的转换

二、为什么C++要新的转换格式

C风格的转换格式很简单，但是有不少缺点的：

隐式类型转化有些情况下可能会出问题：比如数据精度丢失

显式类型转换将所有情况混合在一起，代码不够清晰

我们举个例子。
void insert(size_t pos, char ch)
{
	int end = 10;
	while (end >= pos)
	{
		cout << end << endl;
		--end;
	}
}

int main()
{
	insert(5, 'x');
	return 0;
}
这段代码正常插入没有问题，但当pos是0时，就会陷入“死循环”。

因为size_t是无符号整形，--变成-1，其实是size_t表示的最大无符号整数。

针对这些问题，C++提出了自己的类型转化风格，因为C++要兼容C语言，所以C++中还可以使用C语言的转化风格。

三、 C++强制类型转换

标准C++为了加强类型转换的可视性，引入了四种命名的强制类型转换操作符：static_cast、reinterpret_cast、const_cast、dynamic_cast 。

1.static_cast

static_cast用于非多态类型的转换（静态转换），编译器隐式执行的任何类型转换都可用static_cast，但它不能用于两个不相关的类型进行转换。

int main()
{
  double d = 12.34;
  int a = static_cast<int>(d);
  cout<<a<<endl;
  return 0;
}

2.reinterpret_cast

reinterpret_cast操作符通常为操作数的位模式提供较低层次的重新解释，用于将一种类型转换为另一种不同的类型。

int main()
{
    double d = 12.34;
    int a = static_cast<int>(d);
    cout << a << endl;

    // 这里使用static_cast会报错，应该使用reinterpret_cast
    //int *p = static_cast<int*>(a);
    int *p = reinterpret_cast<int*>(a);
    return 0;
}

3.const_cast

const_cast最常用的用途就是删除变量的const属性，方便赋值

const_cast转换中有一个细节需要注意，请看下面代码，

int main()
{
	const int a = 2;
	int* p = const_cast<int*>(&a);
	*p = 3;

	cout << a << endl;
	cout << *p << endl;

	cout << &a << endl;
	cout << p << endl;

	return 0;
}

执行，

我们发现a的地址和p的值一样，也就是p指向的空间就是a的值，可为什么p指向空间的值是3，a的值还是2呢，我们修改了*p，a的值也应该被修改了呀，a为什么没有变？

因为const修饰的变量，编译器会进行优化。正常const修饰的变量不会被修改，不会被修改就不用经常去内存中取，所以编译器会把const修饰的值拷贝到寄存器，甚至用常量去替代，所以我们正常修改const_cast强制类型转换“去const属性的指针”，不会修改到内存中的const变量。

要想禁止编译器对const变量的优化，可以在const前加一个关键字——volatile。

cv (const and volatile) type qualifiers - cppreference.com

这样我们运行，就可以修改到内存中a的值了，那么为什么a的地址是1呢？这是流插入（<<)的bug。

注意：流插入<<是指将程序中的数据插入到流中，输出到屏幕或文件中或者其他流中；流提取>>是从流中提取数据到程序中。

我们可以用printf打印看一下，

printf打印就没有问题，难道是类型识别错误，我们打印一下&a的类型。

发现&a的类型是int const valatile*，

ostream::operator

可能编译器类型匹配错了，应该要匹配成指针类型的模板参数。我们强制转换成指针类型看一下，

int* 和void*都可以，看来就是模板匹配错误。

其实流插入还有一个缺点，就是当我们想打印字符的地址时，operator会匹配到字符类型的参数，从而打印的是字符而不是字符地址。

所以这里也必须强转一下，以上三种转换都是C++对C语言转换的规范。

4.dynamic_cast

dynamic_cast用于将一个父类对象的指针/引用转换为子类对象的指针或引用(动态转换)

向上转型：子类对象指针/引用->父类指针/引用(不需要转换，赋值兼容规则)
class A
{
public:
	virtual void f() {}
	int _a = 0;
};
class B : public A
{
public:
	int _b = 1;
};
int main()
{
	B objb;
	A obja = objb;
	A& ra = objb;//直接将objb继承的部分切割给ra，中间没有类型转换
	double d = 1.1;
	const int& i = d;//隐式类型转换，中间产生临时变量，要const修饰
	return 0;
}
向下转型：父类对象指针/引用->子类指针/引用(用dynamic_cast转型是安全的)

父类的指针或引用，转换成子类的指针和引用，如果再用子类指针或引用访问子类独有的成员变量，就会造成越界访问，如下：
class A
{
public:
	virtual void f() {}
	int _a = 0;
};
class B : public A
{
public:
	int _b = 1;
};
void fun(A* pa)
{
	//  向下转换：直接转换是不安全的
	// 如果pa是指向父类A对象，存在越界问题
	B* ptr = (B*)pa;
	ptr->_a++;
	ptr->_b++;//越界访问
}

int main()
{
	// 向下转换规则：父类对象不能转换成子类对象，但是父类指针和引用可以转换子类指针和引用
	A a;
	B b;
	fun(&a);
	fun(&b);
	return 0;
}
为了防止这类越界，C++推出了dynamic_cast用于将一个父类指针或引用转换。

dynamic_cast conversion - cppreference.com

class A
{
public:
	virtual void f() {}

	int _a = 0;
};

class B : public A
{

public:
	int _b = 1;
};

void fun(A* pa)
{
	//  向下转换：直接转换是不安全的
	// 如果pa是指向父类A对象，存在越界问题
	B* ptr = dynamic_cast<B*>(pa);
	if (ptr)
	{
		ptr->_a++;
		ptr->_b++;
	}
	else
	{
		cout << "转换失败" << endl;
	}
}

int main()
{
	// 向下转换规则：父类对象不能转换成子类对象，但是父类指针和引用可以转换子类指针和引用
	A a;
	B b;
	fun(&a);
	fun(&b);
	return 0;
}

调试一下可以看到，向上转换时，程序输出，

对于指针类型向上转换会返回空指针，对于引用类型向上转换dynamic_cast会抛异常std::bad_cast 。

当然，这有一个前提，“表达式是对多态类型 Base 的指针或引用，并且 target-type 是对 Derived 类型的指针或引用，则执行运行时检查”。

四、RTTI

RTTI：Run-time Type identification的简称，即：运行时类型识别。

五、参考

ttps://blog.****.net/hp_cpp/article/details/104095700

RTTI、虚函数和虚基类的实现方式、开销分析及使用指导 (baiy.cn)

一、C语言中的类型转换

二、为什么C++要新的转换格式

三、 C++强制类型转换

1.static_cast

2.reinterpret_cast

3.const_cast

4.dynamic_cast

相关文章