聊聊 C++ 中的四种类型转换符
一：背景
在玩 C 的时候，经常会用 void* 来指向一段内存地址开端，然后再将其强转成尺度更小的 char* 或 int* 来丈量一段内存，参考如下代码：
int main()
{
void* ptr = malloc(sizeof(int) * 10);
int* int_ptr = (int*)ptr;
char* char_ptr = (char*)ptr;
}
由于 C 的自由度比较大，想怎么玩就怎么玩，带来的弊端就是容易隐藏着一些不易发现的bug，归根到底还是程序员的功底不扎实，C++ 设计者觉得不能把程序员想的太厉害，应该要力所能及的帮助程序员避掉一些不必要的潜在 bug，并且还要尽最大努力的避免对性能有过多的伤害，所以就出现了 4 个强制类型转换运算符。
- const_cast
- reinterpret_cast
- dynamic_cast
- static_cast
既然 C++ 做了归类，必然就有其各自用途，接下来我们逐一和大家聊一下。
二：理解四大运算符
1. const_cast
这是四个运算符中最好理解的，玩过 C++ 的都知道，默认情况下是不能修改一个 const 变量，比如下面这样：
int main()
{
const int i = 10;
i = 12;
}
这段代码肯定是要报错的，那如果我一定要实现这个功能，如何做呢？这就需要用到 const_cast 去掉它的常量符号，然后对 i 进行操作即可，所以修改代码如下：
int main()
{
const int i = 10;
auto j = const_cast<int*>(&i);
*(j) = 12;
}
2. reinterpret_cast
从名字上看就是一个 重新解释转换，很显然这个非常底层，如果大家玩过 windbg ，应该知道用 dt 命令可以将指定的内存地址按照某一个结构体丈量出来，比如说 C# 的 CLR 在触发 GC 时，会有 gc_mechanisms 结构，参考代码如下：
0:000> dt WKS::gc_mechanisms 0x7ffb6ba96e60
coreclr!WKS::gc_mechanisms
+0x000 gc_index : 1
+0x008 condemned_generation : 0n0
+0x00c promotion : 0n0
+0x010 compaction : 0n1
+0x014 loh_compaction : 0n0
+0x018 heap_expansion : 0n0
+0x01c concurrent : 0
+0x020 demotion : 0n0
+0x024 card_bundles : 0n1
+0x028 gen0_reduction_count : 0n0
+0x02c should_lock_elevation : 0n0
+0x030 elevation_locked_count : 0n0
+0x034 elevation_reduced : 0n0
+0x038 minimal_gc : 0n0
+0x03c reason : 0 ( reason_alloc_soh )
+0x040 pause_mode : 1 ( pause_interactive )
+0x044 found_finalizers : 0n0
+0x048 background_p : 0n0
+0x04c b_state : 0 ( bgc_not_in_process )
+0x050 allocations_allowed : 0n1
+0x054 stress_induced : 0n0
+0x058 entry_memory_load : 0
+0x05c exit_memory_load : 0
其实 reinterpret_cast 大概也是干这个事的，参考代码如下:
typedef struct _Point {
int x;
int y;
} Point;
int main()
{
Point point = { 10,11 };
//内存地址
void* ptr = &point;
//根据内存地址 丈量出 Point
Point* ptr_point = reinterpret_cast<Point*>(ptr);
printf("x=%d", ptr_point->x);
}
从代码看，我直接根据 ptr 地址丈量出了 Point 结构，说实话这个和 C 玩法就比较类似了。
3. dynamic_cast
在多态场景下，有时候会遇到这样的一个问题，一个父类有多个子类，我现在手拥一个父类，我不知道能不能将它转换为其中一个子类，要试探一下看看，那怎么去试探呢？ 类似 C# 中的 as 运算符，在 C++ 中就需要用 dynamic_cast 来做这件事情，参考如下：
//点
class Point {
public:
Point(int x, int y) :x(x), y(y) {}
virtual void show() {}
public:
int x;
int y;
};
//矩形
class Rectangle :public Point {
public:
Rectangle(int x, int y, int w, int h) : Point(x, y), w(w), h(h) {}
public:
int w;
int h;
};
//三角形
class Triangle :public Point {
public:
Triangle(int x, int y, int z) :Point(x, y), z(z) {}
public:
int z;
};
int main()
{
Point* p1 = new Rectangle(10, 20, 100, 200);
Point* p2 = new Triangle(4, 5, 6);
//将 p1 转成 子类 Triangle 会报错的
Triangle* t1 = dynamic_cast<Triangle*>(p1);
if (t1 == nullptr) {
printf("p1 不能转成 Triangle");
}
}
对，场景就是这个，p1 其实是 Rectangle 转上去的， 这时候你肯定是不能将它向下转成 Triangle ， 问题就在这里，很多时候你并不知道此时的 p1 是哪一个子类。
接下来的一个问题是，C++ 并不像C# 有元数据，那它是如何鉴别呢？ 其实这用了 RTTI 技术，哪里能看出来呢？哈哈，看汇编啦。
Triangle* t1 = dynamic_cast<Triangle*>(p1);
00831D57 push 0
00831D59 push offset Triangle `RTTI Type Descriptor' (083C150h)
00831D5E push offset Point `RTTI Type Descriptor' (083C138h)
00831D63 push 0
00831D65 mov eax,dword ptr [p1]
00831D68 push eax
00831D69 call ___RTDynamicCast (083104Bh)
00831D6E add esp,14h
00831D71 mov dword ptr [t1],eax
从汇编可以看到编译器这是带夹私货了，在底层偷偷的调用了一个 ___RTDynamicCast 函数在运行时帮忙检测的，根据 cdcel 调用协定，参数是从右到左，恢复成代码大概是这样。
___RTDynamicCast(&p1, 0, &Point, &Triangle,0)
3. static_cast
从名字上就能看出，这个强转具有 static 语义，也就是 编译阶段 就生成好了，具体安全不安全，它就不管了，就拿上面的例子，将 dynamic_cast 改成 static_cast 看看有什么微妙的变化。
int main()
{
Point* p1 = new Rectangle(10, 20, 100, 200);
Point* p2 = new Triangle(4, 5, 6);
Triangle* t1 = static_cast<Triangle*>(p1);
printf("x=%d, y=%d,z=%d", t1->x, t1->y, t1->z);
}
我们发现居然转成功了，而且 Triangle 的值也是莫名奇怪，直接取了 Rectangle 的前三个值，如果这是生产代码，肯定要挨批了。。。
接下来简单看下汇编代码：
Triangle* t1 = static_cast<Triangle*>(p1);
00DF5B17 mov eax,dword ptr [p1]
00DF5B1A mov dword ptr [t1],eax
printf("x=%d, y=%d,z=%d", t1->x, t1->y, t1->z);
00DF5B1D mov eax,dword ptr [t1]
00DF5B20 mov ecx,dword ptr [eax+0Ch]
00DF5B23 push ecx
00DF5B24 mov edx,dword ptr [t1]
00DF5B27 mov eax,dword ptr [edx+8]
00DF5B2A push eax
00DF5B2B mov ecx,dword ptr [t1]
00DF5B2E mov edx,dword ptr [ecx+4]
00DF5B31 push edx
00DF5B32 push offset string "x=%d, y=%d,z=%d" (0DF8C80h)
00DF5B37 call _printf (0DF145Bh)
00DF5B3C add esp,10h
从代码中看，它其实就是将 p1 的首地址给了 t1，然后依次把copy偏移值 +4,+8,+0C， 除了转换这个，还可以做一些 int ，long ，double 之间的强转，当然也是一样，编译时汇编代码就已经生成好了。
好了，本篇就说这么多，希望对你有帮助。
