C++的四种强制类型转换

他们分别是

static_cast<type-id> (expression)

const_cast<type-id> (expression)

dynamic_cast<type-id> (expression)

reinpreter_cast<type-id> (expression)

---

 

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：

①用于类层次结构中基类（父类）和派生类（子类）之间指针或引用的转换。
进行上行转换（把派生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派生类表示）时，由于没有动态类型检查，所以是不安全的。
②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。
③把空指针转换成目标类型的空指针。
④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、volatile、或者__unaligned属性。

 

static_cast最常用的是基本类型直接的转换，比如char与int、int与float、enum与int之间的转换。在把int转换为char时，如果char没有足够的比特位来存放int的值（int>127或int<-127时），那么static_cast所做的只是简单的截断，及简单地把int的低8位复制到char的8位中，并直接抛弃高位。在把int转换为enum时，如果int的值没有落进enum的范围内，则enum的值将是“未定义”的。

因此，static_cast完全靠程序员自己去保证转换的正确性。

C++中 static_cast 和 reinterpret_cast 的区别
C++primer第五章里写了编译器隐式执行任何类型转换都可由static_cast显示完成; reinterpret_cast通常为操作数的位模式提供较低层的重新解释

1、C++中的static_cast执行非多态的转换，用于代替C中通常的转换操作。因此，被做为显式类型转换使用。比如：

int i;
float f = 166.71;
i = static_cast<int>(f);

此时结果，i = 166。

2、C++中的reinterpret_cast主要是将数据从一种类型的转换为另一种类型。所谓“通常为操作数的位模式提供较低层的重新解释”也就是说将数据以二进制存在形式的重新解释。比如：

int i;
char *p = "This is an example.";
i = reinterpret_cast<int>(p);

 此时结果，i与p的值是完全相同的。reinterpret_cast的作用是说将指针p的值以二进制（位模式）的方式被解释为整型，并赋给i，//i 也是指针，整型指针；一个明显的现象是在转换前后没有数位损失。

 

---

 

 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。

一、常量指针被转化成非常量的指针，并且仍然指向原来的对象；

二、常量引用被转换成非常量的引用，并且仍然指向原来的对象；

 

/*
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。
　　一、常量指针被转化成非常量指针，并且仍然指向原来的对象；
　　二、常量引用被转换成非常量引用，并且仍然指向原来的对象；
　　三、常量对象被转换成非常量对象。 
  type_id 必须为指针或引用
*/
class B
{
public:
    int m_iNum;
    B():m_iNum(50) {}
};

void foo()
{
    const B *b1 = new B();
    //b1->m_iNum = 100; //compile error
    B *b2 = const_cast<B*>(b1);
    b2->m_iNum = 200;
    cout<<"b1: "<< b1->m_iNum <<endl;
    cout<<"b2: "<< b2->m_iNum <<endl;
    cout<<endl;
    const B b3;
    //b3.m_iNum = 100; //compile error
    B b4 = const_cast<B&>(b3);//b4 is another object
    b4.m_iNum = 200;
    cout<<"b3: "<<b3.m_iNum <<endl;
    cout<<"b4: "<<b4.m_iNum <<endl;
    cout<<endl;
    const B b5;
    //b5.m_iNum = 100; //compile error
    B &b6 = const_cast<B&>(b5);
    b6.m_iNum = 200;
    cout<<"b5: "<<b5.m_iNum <<endl;
    cout<<"b6: "<<b6.m_iNum <<endl;
    cout << endl;
    // force to convert 
    const int x = 50;
    int* y = (int *)(&x);// same address, but the content is different
    *y = 200;
    cout << "x: "<<x<<" address: "<<&x<<endl;
    cout << "*y: "<<*y<<" address: "<<y<<endl;
    cout<<endl;
    // int
    const int xx = 50;
    int* yy = const_cast<int *> (&xx);// same address, but the content is different
    *yy = 200;
    cout << "xx: "<<xx<<" address: "<<&xx<<endl;
    cout << "*yy: "<<*yy<<" address: "<<yy<<endl;
    cout<<endl;
    // int
    const int xxx = 50;
    int yyy = const_cast<int&> (xxx);// another int
    yyy = 200;
    cout << "xxx: "<<xxx<<" address: "<<&xxx<<endl;
    cout << "yyy: "<<yyy<<" address: "<<&yyy<<endl;
}

int _tmain(int argc, char* argv[])
{
    foo();
    return 0;
}

 

result:

b1: 200
b2: 200

b3: 50
b4: 200

b5: 200
b6: 200

x: 50 address: 002CF880
*y: 200 address: 002CF880

xx: 50 address: 002CF884
*yy: 200 address: 002CF884

xxx: 50 address: 002CF88C
yyy: 200 address: 002CF888

可以改变const 自定义类的成员变量，但是对于内置数据类型，却表现未定义行为。

---

 

 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运算符可以在执行期决定真正的类型。如果downcast是安全的（也就说，如果基类指针或者引用确实指向一个派生类对象）这个运算符会传回适当转型过的指针。如果downcast不安全，这个运算符会传回空指针（也就是说，基类指针或者引用没有指向一个派生类对象）。
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。

另外注意，B要有虚函数，否则会编译出错；static_cast则没有这个限制。
B中需要检测有虚函数的原因：类中存在虚函数，就说明它有想要让基类指针或引用指向派生类对象的情况，此时转换才有意义。
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); //compile 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<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。
操作符修改了操作数类型,但仅仅是重新解释了给出的对象的比特模型而没有进行二进制转换。
例如：int *n= new int ;
double *d=reinterpret_cast<double*> (n);
在进行计算以后, d 包含无用值. 这是因为 reinterpret_cast 仅仅是复制 n 的比特位到 d, 没有进行必要的分析。
因此, 需要谨慎使用 reinterpret_cast。

reinterpret_cast是为了映射到一个完全不同类型的意思，这个关键词在我们需要把类型映射回原有类型时用到它。我们映射到的类型仅仅是为了故弄玄虚和其他目的，这是所有映射中最危险的。

static_cast和reinterpret_cast的区别主要在于多重继承，比如：

class A {
    public:
    int m_a;
};
 
class B {
    public:
    int m_b;
};
 
class C : public A, public B {};

那么对于以下代码：

C c;
printf("%p, %p, %p", &c, reinterpret_cast<B*>(&c), static_cast <B*>(&c));

前两个的输出值是相同的，最后一个则会在原基础上偏移4个字节，这是因为static_cast计算了父子类指针转换的偏移量，并将之转换到正确的地址（c里面有m_a,m_b，转换为B*指针后指到m_b处），而reinterpret_cast却不会做这一层转换。

---

 

C++的四种强制转型形式每一种适用于特定的目的：

dynamic_cast 主要用于执行“安全的向下转型（safe downcasting）”，也就是说，要确定一个对象是否是一个继承体系中的一个特定类型。它是唯一不能用旧风格语法执行的强制转型，也是唯一可能有重大运行时代价的强制转型。
static_cast 可以被用于强制隐型转换（例如，non-const 对象转型为 const 对象，int 转型为 double，等等），它还可以用于很多这样的转换的反向转换（例如，void* 指针转型为有类型指针，基类指针转型为派生类指针），但是它不能将一个 const 对象转型为 non-const 对象（只有 const_cast 能做到），它最接近于C-style的转换。
const_cast 一般用于强制消除对象的常量性。它是唯一能做到这一点的 C++ 风格的强制转型。

reinterpret_cast 是特意用于底层的强制转型，导致实现依赖（implementation-dependent）（就是说，不可移植）的结果，例如，将一个指针转型为一个整数。这样的强制转型在底层代码以外应该极为罕见。