C++ Primer ：Sec19.2 - dynamic_cast 运算符

C++ Primer

Sec19 特殊工具与技术

19.2 运行时类型识别

运行时类型识别（run-time type identification，RTTI）的功能由两个运算符实现：

• typeid运算符
  用于返回表达式的类型。
• dynamic_cast运算符
  用于将基类的指针或引用安全地转换成派生类的指针或引用。

当我们将这两个运算符用于某种类型的指针或引用，并且该类型含有虚函数时，运算符将使用指针或引用所绑定对象的动态类型。

适用情况：想适用基类对象的指针或引用执行某个派生类操作，但该操作不是虚函数。 （当然最好使用虚函数）

19.2.1 dynamic_cast 运算符

• 使用形式：

  dynamic_cast<type*> e;	// 有效的指针
  dynamic_cast<type&> e;	// 左值
  dynamic_cast<type&&> e; // 不能为左值
  

  其中，type必须是一个类类型，并通常情况下类型需要含有虚函数。

  • e的类型必须符合三个条件中的一个
    1. e的类型是目标type的公有派生类
    2. e的类必型是目标type的公有基类
    3. e的类型就是目标类型

  转换失败返回0。若转换目标是引用类型，且转换失败，则抛出bad_cast异常。

• 指针类型的dynamic_cast
  例子：Base至少含有一个虚函数，Derived是Base的公有派生类。bp为指向Base的指针，则我们可以将bp转换为指向Derived的指针（向下转换）

  if(Derived *dp = dynamic_cast<Derived*> (dp)) {
      // 使用dp指向的Derived对象
  } else {
      // 使用dp指向的Base对象
  }
  // 这样些可以同时完成类型转换和条件检查
  

  注意：我们可以对一个空指针进行转换！条件部分执行dynamic_cast的操作可以确保类型转换和结果检查在同一条表达式中完成！

• 引用类型的dynamic_cast
  转换失败返回bad_cast异常。

  void f(const Base &b) {
      try {
          const Derived &d = dynamic_cast<const Derived&> (b);
        	// 使用引用对象
      } catch (bad_cast) {
          // 失败情况
      }
  }
  

• 转换情况：

  • 向上转型：
    派生类指针或引用类型转换为其基类类型。本身就是安全的，尽管可以使用dynamic_cast进行转换，但这是没必要的， 普通的转换已经可以达到目的，毕竟使用dynamic_cast是需要开销的。

  • dynamic_cast 与继承层次的指针
    向下转型有两种情况：

    1. 基类指针所指对象是派生类类型的，这种转换是安全的

    2. 基类指针所指对象为基类类型，在这种情况下dynamic_cast在运行时做检查，转换失败，返回结果为0

       （这就是为什么CMU15-445第一个项目用dynamic_cast的原因）

  • dynamic_cast和引用类型
    可以使用dynamic_cast将基类引用转换为派生类引用。引用的向上转换总是安全的。与指针不同的是，并不存在空引用，所以引用的dynamic_cast检测失败时会抛出一个bad_cast异常：

• 注意事项：

  • 使用dynamic_cast转换的Base类至少带有一个虚函数
    当一个类中拥有至少一个虚函数的时候，编译器会为该类构建出一个虚函数表（virtual method table），虚函数表记录了虚函数的地址。如果该类派生了其他子类，且子类定义并实现了基类的虚函数，那么虚函数表会将该函数指向新的地址。虚表是C++多态实现的一个重要手段，也是dynamic_cast操作符转换能够进行的前提条件。当类没有虚函数表的时候（也即一个虚函数都没有定义）,dynamic_cast无法使用RTTI，不能通过编译（可能）

Reference

[1] C++强制类型转换操作符 dynamic_cast

[2] C++ Primer