C++中的显示类型转换

C++中显示转换也成为强制类型转换（cast），有四种：static_cast、dynamic_cast、const_cast、reinterpret_cast。命名的强制类型转换符号一般形式如下：

cast_name<type>(expression);

以下分别介绍

一、static_cast

任何具有明确定义的类型转换，只要不包含底层const都可以使用static_cast。好吧这句话我不是很懂，换句话：编译器隐式执行的任何类型转换都可以由static_cast显示完成。也就是说，两类型之间可以发生隐式的转换，就可以用static_cast显示转换，有点意思。但要知道的是C++基本类型的指针之间不含有隐式转换（void*除外、const的有些也是可以的），需要显示转换。什么意思？如下：

double d=3.14;
int i=d;            //编译器的隐式转换，等价于下面这条语句
int i=static_cast<int>(d);

/*指针之间的转换*/
char str[]="good";
char *ptr=str;
int *p=static_cast<int *>(ptr); //编译错误，两者之间的转换要显式，如下
int *p=(int *)(ptr);

 仅当类型之间可隐式转换时（除类层次见的下行转换以外），static_cast的转换才是合法的，否则将出错。（基类指针或引用转换成子类指针或引用为下行转换）

类层次间的下行转换不能通过隐式转换完成，但是可以通过static_cast完成，但是由于没有动态类型检查，所以是不安全的。（至于这个不安全，我们会在dynamic_cast中具体说）。

class Base{};
class child:public Base{};
 
Base b;
child c;
c=static_cast<child *>(b);  //下行转换，正确；
c=b;    //编译错误

 二、const_cast

只用使用const_cast才能将const性质转换掉。在这种情况下，试图使用其他三种形式的强制转换都会导致编译时的错误。类似地，除了添加或者删除const特性，用const_cast符来执行其他任何类型转换，都会引起编译错误。

const double val=3.14;
double *ptr=NULL;
 
/*为了使ptr指向val，使用const_cast*/
ptr=const_cast<double *>(&val);

在《C++ primer》（第五版）中是这样介绍const_cast的：

const_cast只能改变运算对象的底层const

const char *pc;
char *p=const_cast<char*>(pc);//正确但是通过p写值是未定义的行为

　　对于将常量对象转换成非常量对象的行为，我们一般称其为“去掉const性质（cast away the const）”。一旦我们去掉了某个对象的const性质，编译器就不再阻止我们对该对象进行写操作了。如果对象本身不是一个常量，使用强制类型转换获得写权限是合法的行为。然而如果对象是一个常量，再使用const_cast执行写操作就会产生未定义的后果。

　　只有const_cast能改变表达式的常量属性，使用其他形式的命名强制类型转换改变表达式的常量属性都将引发编译器错误。同样的，也不能用const_cast改变表达式的 类型：

const char* cp;
//错误：static_cast不能转换const的性质
char *q=static_cast<char*>(cp);
static_cast<string>(cp);//正确：字符串字面值转换为string类型
const_cast<string>(cp);//const_cast只改变常量属性

三、reinterpret_cast

从语法上看，这个操作符仅用于指针类型的转换（返回值是指针）。它用来将一个类型指针转换为另一个类型指针，它只需在编译时重新解释指针的类型。这个操作符基本不考虑转换类型之间是否是相关的。（参见：红心地瓜的博客和野男孩的博客）。

int *ip=NULL;
char *pc=reinterpret_cast<char *>(ip);
 
/*注：必须牢记pc所指的真实对象是一个int而非字符，如果把pc当成普通的字符指针使用
*就可能在运行时发生错误*/

 在《C++ Primer（中文 第五版 ）》指出reinterpret_cast很危险，不建议使用。

四、dynamic_cast

该运算符把expression转换成type类型的对象。type必须是类型的指针、类的引用或者void*。type和expression的形式要对应，什么意思了？如：type是指针类型，那么expression也必须是一个指针。

与其他强制类型转换不同，dynamic_cast设计运行时类型检查。dynamic_cast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中，只有定义了虚函数的类才有虚函数表，故对没有虚函数表的类使用会导致dynamic_cast编译错误。

另外，若绑定到引用或指针的对象类型不是目标类型，则dynamic_cast会失败（这点下面细说）。若转换到指针的失败，dynamic_cast的结果是0值，若转换到引用类型的失败，则抛出一个bad_cast类型的异常。

dynamic_cast主要符主要用于类层次间的上行转换和下行转换。

1、在类层次间上行转换时，dynamic_cast和static_cast的效果一样。因为在公有继承方式（保护继承、私有继承，不能隐式转换）下，派生类的对象/对象指针/对象引用可以赋值给基类的对象/对象指针/对象引用（发生隐式转换），反过来则不行。

2、若发生下行转换是安全的，也就是，如果基类指针或者引用的确指向一个派生类对象，这个运算符会传回转型过的指针，若不安全，则会传回空指针。

针对下行转换，换句话说：向下转换的成功与否还与将要转换的类型有关，即要转换的指针指向的对象的实际类型与转换以后的对象类型一定要相同，否则转换失败。

class Base
{
public:
     Base():b(1) {}
     virtual void foo() {}
     int b;
};
 
class Derived:public Base
{
public:
     Derived():d(2) {}
     int d;
};
 
void func(Base *p)
{
     Derived *pd1=static_cast<Derived *>(p);     //语句1
     cout<<pd1->b<<endl;
     cout<<pd1->d<<endl;
     Derived *pd2=dynamic_cast<Derived *>(p);    //语句2
     cout<<pd2->b<<endl;
     cout<<pd2->d<<endl;
}

 1）若调用函数func的实参p指向一个Derived类型的对象，即

Base *p=new Derived;
func(p);

 则pd1和pd2是一样的，并且对这两个指针执行 Derived类的任何操作都是安全的，语句1和2都是输出1、2；

2）若p指向的是一个Base类型的对象，即

Base *p=new Base;
func(p);

 那么pd1指向Base对象的地址，对它进行Derived类型的操作将是不安全的（如访问d），输出d的值时，将会是一个垃圾值；而pd2将是一个空指针，对空指针进行操作，将会发生异常。

参考资料：《C++ primer》（第五版）