C++的几种类型转换

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在C语言中，我们大多数使用(type_name) exp的方式来进行类型转换。

但是在C++中，更推荐使用四个转换操作符来实现显式类型转换：

  • static_cast
  • dynamic_cast
  • const_cast
  • reinterpret_cast

static_cast

用法：static_cast<new_type> (expression)

static_cast和C语言强制类型转换基本等价。

基本类型之间的转换

将一个基本类型转换为另一个基本类型。

指针类型之间的转换

将一个指针类型转换为另一个指针类型，尤其是在类层次结构中从基类指针转换为派生类指针。

这种转换不执行运行时类型检查，可能不安全，要自己保证指针确实可以相互转换。

引用类型之间的转换

类似于指针类型之间的转换，可以将一个引用类型转换为另一个引用类型。

也应注意安全性。

dynamic_cast

用法：dynamic_cast <new_type> (expression)

dynamic_cast在C++中主要应用于父子类层次结构中的安全类型转换。

在运行时，它会执行类型检查，相比static_cast更安全。

向下类型转换

当需要将基类指针或引用转换为派生类指针或引用时，dynamic_cast可以确保类型兼容性。

如果转换失败，dynamic_cast返回空指针或抛出异常。

多态类型检查

处理多态对象时，dynamic_cast可以用来确定对象的实际类型。

只有在基类存在虚函数的情况下才有可能将基类指针转换为子类。

这是因为它要用到虚函数表。

底层原理

dynamic_cast的底层依赖于运行时类型信息。

C++编译器在编译时为支持多态的类生成RTTI，它包含了类的类型信息，和类层次结构。

使用虚函数时，编译器会为每个类生成一个虚函数表，并在其中存储指向虚函数的指针。

  1. 首先dynamic_cast通过查询对象的vptr来获取其RTTI。
  2. 随后比较请求的目标类型与从RTTI获得的实际类型，如果目标类型是其基类或实际类型，则转换成功。
  3. 如果目标是派生类，检查类层次结构，以确定转换是否合法。在类层次结构中找到了目标类型，则转化成功，否则失败。
  4. 成功时返回转换后的指针或引用。
  5. 失败，对于指针返回空指针，对于引用，抛出异常。

相较于static_cast，dynamic_cast更安全，但是性能可能更低，因为前者在编译时期就已经完成。

const_cast

用法：const_cast <new_type> (expression)new_type必须是指针、引用或指向对象类型成员的指针。

下面的行为都不安全，需要谨慎使用。

修改const对象

当需要修改cons对象时，可以用const_cast来删除const属性。

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const int a = 42;
int* mutable_ptr = const_cast<int*> (&a);

*mutable_ptr = 43;

const对象调用非const成员函数

当需要使用const对象调用非const成员函数时，可以使用const_cast删除对象的const属性。

reinterpret_cast

用法：reinterpret_cast

用于在不同类型之间进行低级别的转换。

它仅仅是重写解释底层比特，也就是对指针所指的那片比特位换个类型做解释，不进行任何类型检查。

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