C++类型转换方式总结

索引目录

• 传统转换方式及用户自定义转换
• const_cast
• reinterpret_cast
• static_cast
• dynamic_cast

再谈为何会有那四个转换运算符

看起来，我应该把导师讲过、遗漏的有关C++类型转换方面的内容都总结成文了，主要内容都在以上几篇文章中阐述完毕。

上边的每一篇文章，虽然都单独着重强调一种转换方式或运算符，但是也有提到跟其他运算符之间的差异性，以及使用建议，因此基本可以看出各个运算符的使用方式和作用。

在文章也看到const_cast, reinterpret_cast, static_cast都可以用传统的转换方式基于指针进行替代。如果结合typeid运算符，那么dynamic_cast其实也可以用传统转换方式实现。

因此不免会有疑惑：这四个转换运算符不是很多余。

的确，我刚接触这些转换运算符的时候，我也又这样的疑虑。因为在跟着导师学习C++，做一些课程项目的过程中，我都不曾使用过这些转换运算符。一来我需要用到类型转换的地方很少，二来也还不熟悉这些运算符，所以就尽量避免使用。

不过在花了这么多时间和精力研究和总结这些转换运算符之后，我以后一定会更多的去使用他们，因为传统的转换方式能够实现标准转换运算符的功能，主要还是基于"C++中的指针可以无条件互相转换"。因此，对于转换符的实现，其格式基本都是一致的：用强制转换的方式，直接转换指针类型。

正因如此，看到这些转换代码，有时候并不能马上理解其目的用意。而如果用转换运算符来操作，就可以一目了然地通过转换符的名称知道是在去除const，还是想进行指针的重新定义。

另一个角度来说，编译器也对转换运算符做来限制、优化和异常处理，使用他们可以更好地减少错误的产生，以及避免传统转换没有达到预期的目的。

所以，如果碰到需要类型转换的地方，就尽量思考，是否可以用转换运算符来替代，用哪个是最合适的。下边就来讲讲什么时候用什么样的转换符最合适。

转换运算符的应用之所

结合网络上各个站点看到的关于C++转换符的知识，以及前面那些文章得到的反馈，可以将各个转换运算符的使用总结如下：

对于传统的转换方式(C式或函数式)，只在数值类型（包括整型、浮点型、字符类型和枚举）上使用。这也是延续C的形式，当然这类转换也是可以用static_cast来替换，但是因为是基本类型，所以传统转换已经很直观。

对于const_cast转换运算符，用在需要去除掉const限定的时候。其实这种情况出现的很少，可能的方法在const_cast一文中已经又举例，不过还是反复强调， 使用const_cast转换后，绝对不可试图修改结果的值。

对于reinterpret_cast转换运算符，一般用在将对象指针类型转换到整数类型或者void * （空指针）。如同在文中举出的隐患，因此注意的是，若要使用其结果，一定要将类型转换回去后使用。也不要将随意的整数转换成指针类型。

对于static_cast转换运算符，将其用在对象的转换之上（虽然static_cast也可以用在有继承关系的类型指针之间，但是还是将这方面的转换交给dynamic_cast来操作吧）， static_cast会调用相应的构造函数或者重载的转换运算符。

通过文章的留言反馈，以及Google C++ Style Guide的推荐格式，知道对于单参构造函数的存在可能会引发一些隐式的转换，因此用static_cast也可以明确的指出类型的转换过程，避免生成多余的临时对象造成效率下降。

对于dynamic_cast转换运算符，将其用在具有继承关系的指针类型之间的转换。无论是从基类到子类的转换，还是子类到基类的转换，都将dynamic_cast套上去，也算是标识它们是一家子。

如果任何一种基于指针或引用的转换，套上四个转换运算符之后都失败，那么所要进行的转换可能就触到了"雷区"了：进行了没意义的转换。比如，对于没有关系的两个类型的指针进行了转换，比如试图转换指向方法的指针了。所以转换运算符对于避免代码出错也很有帮助。

基于引用（Reference）的转换运算符使用

前面的文章中，所以对于转换运算符的讲述和举例，都是基于指针的。但实际上，这些转换运算符也可以基于引用来展开。准确说实际上引用类型应该是作为转换的目标类型，源类型则是对象变量（当然也可能用的是引用变量，或是取出指针所指的内容，它们用到的都是实际的类对象）。

由于引用类型“定义时必须初始化”的特别，使得它不同于指针类型随时随地都调用转换运算符，基于引用的转换只在对引用进行初始化的时候才会出现。

下边是const_cast和reinterpret_cast基于引用的运用：

    const int int_constant = 21;
    int& int_ref = const_cast<int&>(int_constant);
    cout << int_ref << endl;
    
    int int_value = 7;
    //long& long_ref = int_value; //Error, can not using reference cross types
    float& long_ref = reinterpret_cast<float&> (int_value);
    cout << long_ref << endl;  
    

对于dynamic_cast的应用基本也是一致的，只是还是限制在具有继承关系的类型之间。不同于基于指针在转换时返回null，dynami_cast在基于引用转换失败时，会抛出std::bad_cast异常，因为不能将空值赋给引用类型。如果要抓住这个异常，则需要引入如下头文件：
#include <typeinfo>

而static_cast转换符前面已经说过推荐直接用在对象之上，不用在指针上，所以也不太会有需要用在引用类型上的情况出现。

山寨C#的TryParse

C#中有很多简洁实用的转换方法，比如从字符串到数值类型的Parse和TryParse，还有包含了各种从object对象到数值类型、时间类型的方法的Convert类，以及检查继承关系的as运算符。

从返回的结果看，C++和dynamic_cast和C#的as很相似，两者都是在失败时候返回null。

不过面向对象的关键点在于什么都是以对象为操作单位，如前所讲dynamic_cast看起来更像是一个全局方法。因此我便模仿C#的数值类的TryParse方法，写了一个包裹dynamic_cast的类型转换方法：

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// dynamic_cast_tryparse.cpp                                                      
// Language:    C++                   
// Complier:    Visual Studio 2010, Xcode3.2.6 
// Platform:    MacBook Pro 2010
// Application: none  
// Author:      Ider, Syracuse University, ider.cs@gmail.com
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
#include <string>
#include <iostream>
using namespace std;

class Parents
{
public:
    Parents(string n="Parent"){ name = n;}
    virtual ~Parents(){}
    
    virtual void Speak()
    {
        cout << "\tI am " << name << ", I love my children." << endl;
    }
    void Work()
    {
        cout << "\tI am " << name <<", I need to work for my family." << endl;;
    }
    
    /************** TryParseTo **************/
    template<typename T> bool TryParseTo(T** outValue)
    {
        T* temp = dynamic_cast<T*> (this);
        if (temp == NULL) return false;
        
        *outValue = temp;
        return true;
    }
    
protected:
    string name;
};

class Children : public Parents
{
public:
    Children(string n="Child"):Parents(n){ }
    
    virtual ~Children(){}
    
    virtual void Speak()
    {
        cout << "\tI am " << name << ", I love my parents." << endl;
    }
    /*
     **Children inherit Work() method from parents,
     **it could be treated like part-time job.
     */
    void Study()
    {
        cout << "\tI am " << name << ", I need to study for future." << endl;;
    }
    
private:
    //string name; //Inherit "name" member from Parents
};

class Stranger 
{
public:
    Stranger(string n="stranger"){name = n;}
    virtual ~Stranger(){}
    
    void Self_Introduce()
    {
        cout << "\tI am a stranger" << endl;
    }
    void Speak()
    {
        //cout << "I am a stranger" << endl;
        cout << "\tDo not talk to "<< name << ", who is a stranger." << endl;
    }
private:
    string name;
};

int main() 
{

    Children * parsedChild;
    Parents * parsedParent;
    Stranger * parsedStranger;
    
    Parents * mother = new Parents("Mother who pretend to be a my daugher");
    if(mother->TryParseTo<Children>(&parsedChild))
        parsedChild->Speak();
    else
        cout << "Parents parse to Children failed" << endl;
    
    delete mother;
    
    mother = new Children("Daughter who pretend to be a my mother");
    if(mother->TryParseTo<Children>(&parsedChild))
        parsedChild->Speak();
    else
        cout << "Parents parse to Children failed" << endl;
    
    delete mother;
    
    Children * son = new Children("Son who pretend to be a my father");
    if(son->TryParseTo<Parents>(&parsedParent))
        parsedParent->Speak();
    else
        cout << "Children parse to Parents failed" << endl;
    
    if(son->TryParseTo<Stranger>(&parsedStranger))
        parsedStranger->Speak();
    else
        cout << "Children parse to Stranger failed" << endl;
    
    delete son;
    
    //pointer of child class could pointer to base class object
    
    /* 
    * son = new Parents("Father who pretend to be a my son");
    if(son->TryParseTo<Parents>(&parsedParent))
        parsedParent->Speak();
    else
        cout << "Parse failed" << endl;
    
    delete son;
    */

    return 0;
}

/********************* Result *********************/

//Parents parse to Children failed
//    I am Daughter who pretend to be a my mother, I love my parents.
//    I am Son who pretend to be a my father, I love my parents.
//Children parse to Stranger failed
  
  

这段代码中使用到的类跟dynamic_cast一文中使用的基本一样，只是在基类中多了一个模板方法：

    template<typename T> bool TryParseTo(T** outValue)
    {
        T* temp = dynamic_cast<T*> (this);
        if (temp == NULL) return false;
        
        *outValue = temp;
        return true;
    }
    

该方法需要指定的目标类型，将自身指针转换成目标指针。转换成功，则将结果赋值给相应的变量，并返回真值；若失败则返回假值，不改变指针变量。因为要让外部的指针变量能够接受到改值，因此不得不使用指向指针的指针。

因为在基类中以公共结果的形式出现，所以每一个子类都继承了该方法，无论是基类的对象还是子类的对象都可以调用该方法。而该方法又不是虚方法，因此不并不希望子类去修改它。只是因为方法是模板方法，可能在编译的时候需要多花一些时间。

由于引用必须在定义时就赋值，并且dynamic_cast对于基于引用的转换不成功时将抛出异常，因此对于基于引用的转换，我还没有想出有什么好的山寨形式。

从测试代码的结果也可以看出，对于该发放的调用都是成功有效的。

所以又应了导师常说的一句话：When use C++, the good news is that you can do everything you want, the bad news is that you have to do everything you want.

Director: Jim Fawcett

1. C++ Language Tutorial - Type Casting
2. Object Oriented Design
3. Google C++ Style Guide