【C++專題】static_cast, dynamic_cast, const_cast探討
阿新 • • 發佈:2019-02-19
關於強制型別轉換的問題,很多書都討論過,寫的最詳細的是C++ 之父的《C++ 的設計和演化》。最好的解決方法就是不要使用C風格的強制型別轉換,而是使用標準C++的型別轉換符:static_cast, dynamic_cast。標準C++中有四個型別轉換符:static_cast、dynamic_cast、reinterpret_cast、和const_cast。下面對它們一一進行介紹。
static_cast
用法:static_cast < type-id > ( expression )
說明:該運算子把expression轉換為type-id型別,但沒有執行時型別檢查來保證轉換的安全性。
來源:為什麼需要static_cast強制轉換?
情況1:void指標->其他型別指標
情況2:改變通常的標準轉換
情況3:避免出現可能多種轉換的歧義
它主要有如下幾種用法:
dynamic_cast
用法:dynamic_cast < type-id > ( expression )
說明:該運算子把expression轉換成type-id型別的物件。Type-id必須是類的指標、類的引用或者void *;如果type-id是類指標型別,那麼expression也必須是一個指標,如果type-id是一個引用,那麼expression也必須是一個引用。
來源:為什麼需要dynamic_cast強制轉換?
簡單的說,當無法使用virtual函式的時候
典型案例:
Wicrosoft公司提供給我們一個類庫,其中提供一個類Employee.以標頭檔案Eemployee.h和類庫.lib分發給使用者
顯然我們並無法得到類的實現的原始碼
// Emplyee.hclass Employee
{
public:
virtualint salary();
};
class Manager : public Employee
{
public:
int salary();
};
class Programmer : public Employee
{
public:
int salary();
};
我們公司在開發的時候建立有如下類:
class MyCompany
{
public:
void payroll(Employee *pe);
//};
void MyCompany::payroll(Employee *pe)
{
//do something}
但是開發到後期,我們希望能增加一個bonus()的成員函式到W$公司提供的類層次中。
假設我們知道原始碼的情況下,很簡單,增加虛擬函式:
//Emplyee.hclass Employee
{
public:
virtualint salary();
virtualint bonus();
};
class Manager : public Employee
{
public:
int salary();
};
class Programmer : public Employee
{
public:
int salary();
int bonus();
};
//Emplyee.cpp
int Programmer::bonus()
{
//}
payroll()通過多型來呼叫bonus()
class MyCompany
{
public:
void payroll(Employee *pe);
//};
void MyCompany::payroll(Employee *pe)
{
//do something
//pe->bonus();
}
但是現在情況是,我們並不能修改原始碼,怎麼辦?dynamic_cast華麗登場了!
在Employee.h中增加bonus()宣告,在另一個地方定義此函式,修改呼叫函式payroll().重新編譯,ok
//Emplyee.hclass Employee
{
public:
virtualint salary();
};
class Manager : public Employee
{
public:
int salary();
};
class Programmer : public Employee
{
public:
int salary();
int bonus();//直接在這裡擴充套件};
//somewhere.cppint Programmer::bonus()
{
//define}
class MyCompany
{
public:
void payroll(Employee *pe);
//
};
void MyCompany::payroll(Employee *pe)
{
Programmer *pm = dynamic_cast<Programmer *>(pe);
//如果pe實際指向一個Programmer物件,dynamic_cast成功,並且開始指向Programmer物件起始處if(pm)
{
//call Programmer::bonus() }
//如果pe不是實際指向Programmer物件,dynamic_cast失敗,並且pm = 0
else
{
//use Employee member functions }
}
dynamic_cast主要用於類層次間的上行轉換和下行轉換,還可以用於類之間的交叉轉換。
在類層次間進行上行轉換時,dynamic_cast和static_cast的效果是一樣的;在進行下行轉換時,dynamic_cast具有型別檢查的功能,比static_cast更安全。
class Base
{
public:
int m_iNum;
virtualvoid 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);
}
在上面的程式碼段中,
如果pb實際指向一個Derived型別的物件,pd1和pd2是一樣的,並且對這兩個指標執行Derived型別的任何操作都是安全的;
如果pb實際指向的是一個Base型別的物件,那麼pd1將是一個指向該物件的指標,對它進行Derived型別的操作將是不安全的(如訪問m_szName),而pd2將是一個空指標(即0,因為dynamic_cast失敗)。
另外要注意:Base要有虛擬函式,否則會編譯出錯;static_cast則沒有這個限制。這是由於執行時型別檢查需要執行時型別資訊,而這個資訊儲存在類的虛擬函式表(關於虛擬函式表的概念,詳細可見<Inside c++ object model>)中,只有定義了虛擬函式的類才有虛擬函式表,沒有定義虛擬函式的類是沒有虛擬函式表的。
另外,dynamic_cast還支援交叉轉換(cross cast)。如下程式碼所示。
class Base
{
public:
int m_iNum;
virtualvoid 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;
}
在函式foo中,使用static_cast進行轉換是不被允許的,將在編譯時出錯;而使用 dynamic_cast的轉換則是允許的,結果是空指標。
reinpreter_cast
用法:reinpreter_cast<type-id> (expression)
說明:type-id必須是一個指標、引用、算術型別、函式指標或者成員指標。它可以把一個指標轉換成一個整數,也可以把一個整數轉換成一個指標(先把一個指標轉換成一個整數,在把該整數轉換成原型別的指標,還可以得到原先的指標值)。
該運算子的用法比較多。
const_cast
用法:const_cast<type_id> (expression)
說明:該運算子用來修改型別的const或volatile屬性。除了const 或volatile修飾之外, type_id和expression的型別是一樣的。
常量指標被轉化成非常量指標,並且仍然指向原來的物件;常量引用被轉換成非常量引用,並且仍然指向原來的物件;常量物件被轉換成非常量物件。
Voiatile和const類試。舉如下一例:
class B{
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
}
上面的程式碼編譯時會報錯,因為b1是一個常量物件,不能對它進行改變;使用const_cast把它轉換成一個常量物件,就可以對它的資料成員任意改變。注意:b1和b2是兩個不同的物件。
static_cast
用法:static_cast < type-id > ( expression )
說明:該運算子把expression轉換為type-id型別,但沒有執行時型別檢查來保證轉換的安全性。
來源:為什麼需要static_cast強制轉換?
情況1:void指標->其他型別指標
情況2:改變通常的標準轉換
情況3:避免出現可能多種轉換的歧義
它主要有如下幾種用法:
- 用於類層次結構中基類和子類之間指標或引用的轉換。進行上行轉換(把子類的指標或引用轉換成基類表示)是安全的;進行下行轉換(把基類指標或引用轉換成子類指標或引用
- 用於基本資料型別之間的轉換,如把int轉換成char,把int轉換成enum。這種轉換的安全性也要開發人員來保證。
- 把void指標轉換成目標型別的指標(不安全!!)
- 把任何型別的表示式轉換成void型別。
dynamic_cast
用法:dynamic_cast < type-id > ( expression )
說明:該運算子把expression轉換成type-id型別的物件。Type-id必須是類的指標、類的引用或者void *;如果type-id是類指標型別,那麼expression也必須是一個指標,如果type-id是一個引用,那麼expression也必須是一個引用。
來源:為什麼需要dynamic_cast強制轉換?
簡單的說,當無法使用virtual函式的時候
典型案例:
Wicrosoft公司提供給我們一個類庫,其中提供一個類Employee.以標頭檔案Eemployee.h和類庫.lib分發給使用者
顯然我們並無法得到類的實現的原始碼
//
{
public:
virtualint salary();
};
class Manager : public Employee
{
public:
int salary();
};
class Programmer : public Employee
{
public:
int salary();
};
我們公司在開發的時候建立有如下類:
class MyCompany
{
public:
void payroll(Employee *pe);
//};
void MyCompany::payroll(Employee
{
//do something}
但是開發到後期,我們希望能增加一個bonus()的成員函式到W$公司提供的類層次中。
假設我們知道原始碼的情況下,很簡單,增加虛擬函式:
//Emplyee.hclass Employee
{
public:
virtualint salary();
virtualint bonus();
};
class Manager : public Employee
{
public:
int salary();
};
class Programmer : public Employee
{
public:
int salary();
int bonus();
};
//Emplyee.cpp
int Programmer::bonus()
{
//}
payroll()通過多型來呼叫bonus()
class MyCompany
{
public:
void payroll(Employee *pe);
//};
void MyCompany::payroll(Employee *pe)
{
//do something
//pe->bonus();
}
但是現在情況是,我們並不能修改原始碼,怎麼辦?dynamic_cast華麗登場了!
在Employee.h中增加bonus()宣告,在另一個地方定義此函式,修改呼叫函式payroll().重新編譯,ok
//Emplyee.hclass Employee
{
public:
virtualint salary();
};
class Manager : public Employee
{
public:
int salary();
};
class Programmer : public Employee
{
public:
int salary();
int bonus();//直接在這裡擴充套件};
//somewhere.cppint Programmer::bonus()
{
//define}
class MyCompany
{
public:
void payroll(Employee *pe);
//
};
void MyCompany::payroll(Employee *pe)
{
Programmer *pm = dynamic_cast<Programmer *>(pe);
//如果pe實際指向一個Programmer物件,dynamic_cast成功,並且開始指向Programmer物件起始處if(pm)
{
//call Programmer::bonus() }
//如果pe不是實際指向Programmer物件,dynamic_cast失敗,並且pm = 0
else
{
//use Employee member functions }
}
dynamic_cast主要用於類層次間的上行轉換和下行轉換,還可以用於類之間的交叉轉換。
在類層次間進行上行轉換時,dynamic_cast和static_cast的效果是一樣的;在進行下行轉換時,dynamic_cast具有型別檢查的功能,比static_cast更安全。
class Base
{
public:
int m_iNum;
virtualvoid 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);
}
在上面的程式碼段中,
如果pb實際指向一個Derived型別的物件,pd1和pd2是一樣的,並且對這兩個指標執行Derived型別的任何操作都是安全的;
如果pb實際指向的是一個Base型別的物件,那麼pd1將是一個指向該物件的指標,對它進行Derived型別的操作將是不安全的(如訪問m_szName),而pd2將是一個空指標(即0,因為dynamic_cast失敗)。
另外要注意:Base要有虛擬函式,否則會編譯出錯;static_cast則沒有這個限制。這是由於執行時型別檢查需要執行時型別資訊,而這個資訊儲存在類的虛擬函式表(關於虛擬函式表的概念,詳細可見<Inside c++ object model>)中,只有定義了虛擬函式的類才有虛擬函式表,沒有定義虛擬函式的類是沒有虛擬函式表的。
另外,dynamic_cast還支援交叉轉換(cross cast)。如下程式碼所示。
class Base
{
public:
int m_iNum;
virtualvoid 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;
}
在函式foo中,使用static_cast進行轉換是不被允許的,將在編譯時出錯;而使用 dynamic_cast的轉換則是允許的,結果是空指標。
reinpreter_cast
用法:reinpreter_cast<type-id> (expression)
說明:type-id必須是一個指標、引用、算術型別、函式指標或者成員指標。它可以把一個指標轉換成一個整數,也可以把一個整數轉換成一個指標(先把一個指標轉換成一個整數,在把該整數轉換成原型別的指標,還可以得到原先的指標值)。
該運算子的用法比較多。
const_cast
用法:const_cast<type_id> (expression)
說明:該運算子用來修改型別的const或volatile屬性。除了const 或volatile修飾之外, type_id和expression的型別是一樣的。
常量指標被轉化成非常量指標,並且仍然指向原來的物件;常量引用被轉換成非常量引用,並且仍然指向原來的物件;常量物件被轉換成非常量物件。
Voiatile和const類試。舉如下一例:
class B{
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
}
上面的程式碼編譯時會報錯,因為b1是一個常量物件,不能對它進行改變;使用const_cast把它轉換成一個常量物件,就可以對它的資料成員任意改變。注意:b1和b2是兩個不同的物件。