(转)static_cast, dynamic_cast, const_cast探讨
首先回顾一下C++类型转换:
C++类型转换分为:隐式类型转换和显式类型转换
又称为“标准转换”,包括以下几种情况:
1) 算术转换(Arithmetic conversion) : 在混合类型的算术表达式中, 最宽的数据类型成为目标转换类型。
double dval = 3.14159;
ival + dval;//ival被提升为double类型
2)一种类型表达式赋值给另一种类型的对象:目标类型是被赋值对象的类型
![](https://www.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
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例外:void指针赋值给其他指定类型指针时,不存在标准转换,编译出错
3)将一个表达式作为实参传递给函数调用,此时形参和实参类型不一致:目标转换类型为形参的类型
cout << "The square root of 2 is " << sqrt(2) << endl;
//2被提升为double类型:2.0
4)从一个函数返回一个表达式,表达式类型与返回类型不一致:目标转换类型为函数的返回类型
{
return ival1 - ival2;
//返回值被提升为double类型
}
被称为“强制类型转换”(cast)
C 风格: (type-id)
C++风格: static_cast、dynamic_cast、reinterpret_cast、和const_cast..
情况1:void指针->其他类型指针
情况2:改变通常的标准转换
情况3:避免出现可能多种转换的歧义
它主要有如下几种用法:
- 用于类层次结构中基类和子类之间指针或引用的转换。进行上行转换(把子类的指针或引用转换成基类表示)是安全的;进行下行转换(把基类指针或引用转换成子类指针或引用)时,由于没有动态类型检查,所以是不安全的。
- 用于基本数据类型之间的转换,如把int转换成char,把int转换成enum。这种转换的安全性也要开发人员来保证。
- 把void指针转换成目标类型的指针(不安全!!)
- 把任何类型的表达式转换成void类型。
简单的说,当无法使用virtual函数的时候
典型案例:
Wicrosoft公司提供给我们一个类库,其中提供一个类Employee.以头文件Eemployee.h和类库.lib分发给用户
显然我们并无法得到类的实现的源代码
class Employee
{
public:
virtual int salary();
};
class Manager : public Employee
{
public:
int salary();
};
class Programmer : public Employee
{
public:
int salary();
};
我们公司在开发的时候建立有如下类:
{
public:
void payroll(Employee *pe);
//
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};
void MyCompany::payroll(Employee *pe)
{
//do something
}
但是开发到后期,我们希望能增加一个bonus()的成员函数到W$公司提供的类层次中。
假设我们知道源代码的情况下,很简单,增加虚函数:
class Employee
{
public:
virtual int salary();
virtual int bonus();
};
class Manager : public Employee
{
public:
int salary();
};
class Programmer : public Employee
{
public:
int salary();
int bonus();
};
//Emplyee.cpp
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int Programmer::bonus()
{
//
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}
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{
public:
void payroll(Employee *pe);
//
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};
void MyCompany::payroll(Employee *pe)
{
//do something
//pe->bonus();
}
但是现在情况是,我们并不能修改源代码,怎么办?dynamic_cast华丽登场了!
在Employee.h中增加bonus()声明,在另一个地方定义此函数,修改调用函数payroll().重新编译,ok
class Employee
{
public:
virtual int salary();
};
class Manager : public Employee
{
public:
int salary();
};
class Programmer : public Employee
{
public:
int salary();
int bonus();//直接在这里扩展
};
//somewhere.cpp
int Programmer::bonus()
{
//define
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}
{
public:
void payroll(Employee *pe);
//
};
void MyCompany::payroll(Employee *pe)
{
Programmer *pm = dynamic_cast<Programmer *>(pe);
//如果pe实际指向一个Programmer对象,dynamic_cast成功,并且开始指向Programmer对象起始处
if(pm)
{
//call Programmer::bonus()
}
//如果pe不是实际指向Programmer对象,dynamic_cast失败,并且pm = 0
else
{
//use Employee member functions
}
}
dynamic_cast主要用于类层次间的上行转换和下行转换,还可以用于类之间的交叉转换。
在类层次间进行上行转换时,dynamic_cast和static_cast的效果是一样的;在进行下行转换时,dynamic_cast具有类型检查的功能,比static_cast更安全。
{
public:
int m_iNum;
virtual void foo();
};
class Derived:public Base
{
public:
char *m_szName[100];
};
void func(Base *pb)
{
Derived *pd1 = static_cast<Derived *>(pb);
Derived *pd2 = dynamic_cast<Derived *>(pb);
}
在上面的代码段中,
如果pb实际指向一个Derived类型的对象,pd1和pd2是一样的,并且对这两个指针执行Derived类型的任何操作都是安全的;
如果pb实际指向的是一个Base类型的对象,那么pd1将是一个指向该对象的指针,对它进行Derived类型的操作将是不安全的(如访问m_szName),而pd2将是一个空指针(即0,因为dynamic_cast失败)。
另 外要注意:Base要有虚函数,否则会编译出错;static_cast则没有这个限制。这是由于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(关于虚函数表的概念,详细可见<Inside c++ object model>)中,只有定义了虚函数的类才有虚函数表,没有定义虚函数的类是没有虚函数表的。
另外,dynamic_cast还支持交叉转换(cross cast)。如下代码所示。
{
public:
int m_iNum;
virtual void f(){}
};
class Derived1 : public Base
{
};
class Derived2 : public Base
{
};
void foo()
{
derived1 *pd1 = new Drived1;
pd1->m_iNum = 100;
Derived2 *pd2 = static_cast<Derived2 *>(pd1); //compile error
Derived2 *pd2 = dynamic_cast<Derived2 *>(pd1); //pd2 is NULL
delete pd1;
}
在函数foo中,使用static_cast进行转换是不被允许的,将在编译时出错;而使用 dynamic_cast的转换则是允许的,结果是空指针。
p2 = dynamic_cast<A *>(p1);
在VC下使用dynamic_cast别忘了在当前Project-->Setting下选Enable Run Time Type Info。如果忘了选这个,debug模式下编译会不通过,release模式下会编译通过,运行时Crash。
dynamic_cast比较复杂,另外Visual C++各不同版本的表现不一样,这里详细说一下我学到的和试出来的。一般书上说是三种不同情况,考虑到Visual C++版本的问题,我分五个情况讨论。
1。upcast。从派生类向基类的转换,只要基类的继承关系是唯一的,就会成功,如果不唯一会有warning:"dynamic_cast used to convert to inaccessible or ambiguous base;"
下下面的例子中
class A{public: virtual void a(){}};
class B : public A {};
class C : public B {};
class D : public B {};
class E : public C, public D {};
int main()
{
E e, *pe = &e;
C *pc = dynamic_cast<C*>(pe);
B *pb = dynamic_cast<B*>(pe);
return 0;
}
转换pb一行会有warning,而且得到NULL指针。
其继承关系如下
A
/ \
B B
| |
C D
\ /
E
E到C成功,E到B失败因为不知道怎么转换。同样E到A也会失败。注意这里的检查只是指针类型pe的检查,没有查pe指向的object。把pe改 成*pe = (E*)(new D());的话pe到pc的cast还会成功,不过pe到pb的cast会出现crash。这和dynamic_cast的实现有关,这个exception不是bad_cast,所以最好用try{} chatch(...)接着以防不测。
2。对于同类指针的cast应该是直接通过,不对指针所指的object进行run time check。
int main()
{
A *p1 = (A*)0x1;
A *p2 = dynamic_cast<A*>(p1);
return 0;
}
但是VC6中竟对p1所指的地址进行了检查,这是VC6对ISO C++ standard实现不对的地方,在2003/2005中得到了修正。
3。downcast
从基类向派生类转换,指针指向的object会被检查,还以刚才的结构
E e;
A *pa = dynamic_cast<A*>((D*)&e);
C *pc = dynamic_cast<C*>(pa);
这个pc的cast会成功。
4。crosscast
class A{public: virtual void a(){}};
class B : public A {};
class C : public A {};
class D{public: virtual void d(){}};
class E : public B, public C, public D {};
{
E e;
C *pc = dynamic_cast<C*>((D*)&e);
return 0;
}
这个继承关系如下
A
/ | \
B C D
\ | /
E
从D到C的cast叫cross cast,这时查指针指的object的内容。这个具体例子中pc的cast 成功,因为确实有继承关系。
一个不理解的问题是下面的测试:
C c, *pc = dynamic_cast<C*>((D*)&c);
无论什么道理pc都应该成功,结果在VC6,VC2003中都成功了,在VC2005竟然失败,得到NULL。实在不明白,在MSDN的"Breaking Changes in dynamic_cast"也没有明确表述。只有死记住了。
总之,dynamic_cast如果成功,p2得到一个合法地址,也就是p1指向的地址。如果失败就不好说了,书上说会得到NULL,这是理想情况,p1,p2有相近的vtable。如果p1,p2的vtable完全不相干,或者一个class B根本没有vtable,dynamic_cast就会出exception,这不是bad_cast的exception,而是C++ first class exception。所以写别人程序传来的指针的时候别指望dynamic_cast管理一切,老老实实catch所有exception。
p2 = NULL;
try
{
p2 = dynamic_cast<A *>(p1);
}
catch (...) {}
if (!p2)
cout << "Bad cast".
该运算符的用法比较多。
常量指针被转化成非常量指针,并且仍然指向原来的对象;常量引用被转换成非常量引用,并且仍然指向原来的对象;常量对象被转换成非常量对象。
Voiatile和const类试。举如下一例:
public:
int m_iNum;
}
void foo(){
const B b1;
b1.m_iNum = 100; //comile error
B b2 = const_cast<B>(b1);
b2. m_iNum = 200; //fine
}
上面的代码编译时会报错,因为b1是一个常量对象,不能对它进行改变;使用const_cast把它转换成一个常量对象,就可以对它的数据成员任意改变。注意:b1和b2是两个不同的对象。