static_cast<> 和 reinterpret_cast<>

PS: 今天的又被师兄鄙视英语水平了。。。要发奋！！！

这篇文字要慢慢看，文章逻辑不太好。

介绍

大多程序员在学C++前都学过C，并且习惯于C风格（类型）转换。当写C++（程序）时，有时候我们在使用static_cast<>和reinterpret_cast<>时可能会有点模糊。在本文中，我将说明static_cast<>实际上做了什么，并且指出一些将会导致错误的情况。

泛型（Generic Types）

float f = 12.3;
 
float* pf = &f;
// static cast<>
 
// 成功编译, n = 12
 
int n = static_cast(f);
 
// 错误,指向的类型是无关的（译注：即指针变量pf是float类型，现在要被转换为int类型）
//int* pn = static_cast(pf);
 
//成功编译
 
void* pv = static_cast(pf);
 
//成功编译, 但是 *pn2是无意义的内存（rubbish）
 
int* pn2 = static_cast(pv);
// reinterpret_cast<>
 
//错误,编译器知道你应该调用static_cast<>
 
//int i = reinterpret_cast(f);
 
//成功编译, 但是 *pn 实际上是无意义的内存,和 *pn2一样
 
int* pi = reinterpret_cast(pf);

简而言之，static_cast<> 将尝试转换，举例来说，如float-到-integer，而reinterpret_cast<>简单改变编译器的意图重新考虑那个对象作为另一类型。

指针类型（Pointer Types）

指针转换有点复杂，我们将在本文的剩余部分使用下面的类：

class CBaseX
 
{
 
public:
 
int x;
 
CBaseX() { x = 10; }
 
void foo() { printf("CBaseX::foo() x=%d\n", x); }
 
};
class CBaseY
 
{
 
public:
 
int y;
 
int* py;
 
CBaseY() { y = 20; py = &y; }
 
void bar() { printf("CBaseY::bar() y=%d, *py=%d\n", y, *py);
}
 
};
class CDerived : public CBaseX, public CBaseY
 
{
 
public:
 
int z;
 
};

情况1：两个无关的类之间的转换

// Convert between CBaseX* and CBaseY*
 
// CBaseX* 和 CBaseY*之间的转换
 
CBaseX* pX = new CBaseX();
 
// Error, types pointed to are unrelated
 
// 错误， 类型指向是无关的
 
// CBaseY* pY1 = static_cast(pX);
 
// Compile OK, but pY2 is not CBaseX
 
// 成功编译, 但是 pY2 不是CBaseX
 
CBaseY* pY2 = reinterpret_cast(pX);
 
// System crash!!
 
// 系统崩溃!!
 
// pY2->bar();

正如我们在泛型例子中所认识到的，如果你尝试转换一个对象到另一个无关的类static_cast<>将失败，而reinterpret_cast<>就总是成功“欺骗”编译器：那个对象就是那个无关类。

情况2：转换到相关的类

1. CDerived* pD = new CDerived();
 
2. printf("CDerived* pD = %x\n", (int)pD);
 
3.
 
4. // static_cast<> CDerived* -> CBaseY* -> CDerived*
 
//成功编译，隐式static_cast<>转换
 
5. CBaseY* pY1 = pD;
 
6. printf("CBaseY* pY1 = %x\n", (int)pY1);
 
// 成功编译, 现在 pD1 = pD
 
7. CDerived* pD1 = static_cast(pY1);
 
8. printf("CDerived* pD1 = %x\n", (int)pD1);
 
9.
 
10. // reinterpret_cast
 
// 成功编译, 但是 pY2 不是 CBaseY*
 
11. CBaseY* pY2 = reinterpret_cast(pD);
 
12. printf("CBaseY* pY2 = %x\n", (int)pY2);
 
13.
 
14. // 无关的 static_cast<>
 
15. CBaseY* pY3 = new CBaseY();
 
16. printf("CBaseY* pY3 = %x\n", (int)pY3);
 
// 成功编译,尽管 pY3 只是一个 "新 CBaseY()"
 
17. CDerived* pD3 = static_cast(pY3);
 
18. printf("CDerived* pD3 = %x\n", (int)pD3);

---------------------- 输出 ---------------------------
 
CDerived* pD = 392fb8
 
CBaseY* pY1 = 392fbc
 
CDerived* pD1 = 392fb8
 
CBaseY* pY2 = 392fb8
 
CBaseY* pY3 = 390ff0
 
CDerived* pD3 = 390fec

注意：在将CDerived*用隐式 static_cast<>转换到CBaseY*（第5行）时，结果是（指向）CDerived*（的指针向后）偏移了4（个字节）（译注：4为int类型在内存中所占字节数）。为了知道static_cast<> 实际如何，我们不得不要来看一下CDerived的内存布局。

CDerived的内存布局（Memory Layout）

如图所示，CDerived的内存布局包括两个对象，CBaseX 和 CBaseY，编译器也知道这一点。因此，当你将CDerived* 转换到 CBaseY*时，它给指针添加4个字节，同时当你将CBaseY*转换到CDerived*时，它给指针减去4。然而，甚至它即便不是一个CDerived你也可以这样做。

当然，这个问题只在如果你做了多继承时发生。在你将CDerived转换到 CBaseX时static_cast<> 和 reinterpret_cast<>是没有区别的。

情况3：void*之间的向前和向后转换

因为任何指针可以被转换到void*，而void*可以被向后转换到任何指针（对于static_cast<> 和 reinterpret_cast<>转换都可以这样做），如果没有小心处理的话错误可能发生。

CDerived* pD = new CDerived();
 
printf("CDerived* pD = %x\n", (int)pD);
CBaseY* pY = pD; // 成功编译, pY = pD + 4
 
printf("CBaseY* pY = %x\n", (int)pY);
void* pV1 = pY; //成功编译, pV1 = pY
 
printf("void* pV1 = %x\n", (int)pV1);
// pD2 = pY, 但是我们预期 pD2 = pY - 4
 
CDerived* pD2 = static_cast(pV1);
 
printf("CDerived* pD2 = %x\n", (int)pD2);
 
// 系统崩溃
 
// pD2->bar();

---------------------- 输出 ---------------------------
 
CDerived* pD = 392fb8
 
CBaseY* pY = 392fbc
 
void* pV1 = 392fbc
 
CDerived* pD2 = 392fbc

一旦我们已经转换指针为void*，我们就不能轻易将其转换回原类。在上面的例子中，从一个void* 返回CDerived*的唯一方法是将其转换为CBaseY*然后再转换为CDerived*。

但是如果我们不能确定它是CBaseY* 还是 CDerived*，这时我们不得不用dynamic_cast<> 或typeid[2]。

注释：

1. dynamic_cast<>，从另一方面来说，可以防止一个泛型CBaseY* 被转换到CDerived*。

2. dynamic_cast<>需要类成为多态，即包括“虚”函数，并因此而不能成为void*。

参考：

1. [MSDN] C++ Language Reference -- Casting

2. Nishant Sivakumar, Casting Basics - Use C++ casts in your VC++.NET programs

3. Juan Soulie, C++ Language Tutorial: Type Casting

posted @ 2012-08-27 14:41 bigbigtree 阅读(229) 评论(0) 编辑收藏举报

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static_cast<> 和 reinterpret_cast<>

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