C++中的四種類型轉(zhuǎn)換
1 引子
這篇筆記是根據(jù)StackOverflow上面的一個問題整理而成,主要內(nèi)容是對C/C++當(dāng)中四種類型轉(zhuǎn)換操作進行舉例說明。在之前其實對它們都是有所了解的,而隨著自己在進行總結(jié),并敲了一些測試示例代碼進行驗證之后,對它們的理解又深刻了一些。
總所周知,在C++ 當(dāng)中引入了四種新的類型轉(zhuǎn)換操作符:static_cast, dynamic_cast, reinterpret_cast,還有const_cast。就自己見過的一些C++代碼當(dāng)中,它們的使用其實并不普遍。不少程序員依然樂于去使用C-like的類型轉(zhuǎn)換,因為它強大且編寫起來又簡單。據(jù)說C-Like類型轉(zhuǎn)換操作符的作用實際上已經(jīng)包括了static_cast, const_cast和reinterpret_cast三種操作符,你相信嗎?一起來著看。
注:上面提到的C-Like類型轉(zhuǎn)換操作有如下的兩種形式,這一點大家一定都不會陌生。
(new-type) expression new-type (expression)
2 static_cast vs dynamic_cast
之所以把static_cast與dynamic_cast兩兄弟放在一起是因為它們兩者對比起來更容易記得住。首先,從名稱上面它們就有語義相對的關(guān)系,一“靜”一“動”。另外,在功能上面也在一定程度上體現(xiàn)了這一對比的特性,如dynamic_cast的Run-time Checkingt,static_cast在編譯時增加的類型檢測。簡單而言:
static_cast: 1)完成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型,2)同一個繼承體系中類型的轉(zhuǎn)換
dynamic_cast:使用多態(tài)的場景,增加了一層對真實調(diào)用對象類型的檢查
2.1 從C-Like到static_cast
static_cast對于基礎(chǔ)類型如int, float, char以及基礎(chǔ)類型對應(yīng)指針的處理大多情況下恰如C-Like的轉(zhuǎn)換一樣,不過static_cast會來得更加安全。
char c = 10; // 1 個字節(jié) int *p = (int *)&c; // 4 個字節(jié)(32bit platform) *p = 5; // 內(nèi)存踩臟 int *q = static_cast<int *>(&c); // 使用static_cast可在編譯階段將該錯誤檢查出來。
對于自定義類型的處理,相比C-Like而言,它也多了一層保護,也就是它不支持在不屬于同一繼承體系的類型之間進行轉(zhuǎn)換。但是C-Like就可以辦到,看下面這個例子:
#include <iostream> class A { public: A(){} ~A(){} private: int i, j; }; class C { public: C(){} ~C(){} void printC() { std::cout <<"call printC() in class C" <<std::endl; } private: char c1, c2; }; int main() { A *ptrA = new A; //C *ptrC = static_cast<C *>(ptrA); // 編譯無法通過,提示: // In function ‘int main()': // error: invalid static_cast from type ‘A*' to type ‘C*' C *ptrC = (C *)(ptrA); ptrC->printC(); // 編譯正常通過。 // 盡管這個時候能夠正常調(diào)用printC,但實際上這種做法的結(jié)果是“undefined” // 嘗試過,如果添加一些數(shù)據(jù)成員的運算,這個時候?qū)沟眠\算結(jié)果無法預(yù)測 // 所以,在運行時候該邏輯相關(guān)的行為是不清晰的。 return 0; }
2.2 static_cast對于自定義類型的轉(zhuǎn)換
上面這個小例子簡單對比了static_cast與C-Like在針對不同繼承體系的類之間表現(xiàn)的差異性,現(xiàn)在先把范圍縮小到同一繼承體系當(dāng)中的類型轉(zhuǎn)換。(注:這里所說的類型一般是針對類的指針或者類的引用)
static_cast針對同一繼承體系的類之間的轉(zhuǎn)換,它既可以進行upcast也可以進行downcast。一般來說,在進行upcast時是沒有問題的,畢竟子類當(dāng)中一定包含有父類的相關(guān)操作集合,所以通過轉(zhuǎn)換之后的指針或者引用來操作對應(yīng)的對象,其行為上是可以保證沒問題。這和使用static_cast與使用C-Like或者直接隱式轉(zhuǎn)換效果一樣(當(dāng)然,其結(jié)果是否符合程序員本身的預(yù)期與當(dāng)時的設(shè)計有關(guān)系)。
需要注意的是,使用static_cast進行downcast應(yīng)該避免,因為它可以順利逃過編譯器的法眼,但在運行時卻會爆發(fā)未定義的問題:
#include <iostream> class A { public: A():i(1), j(1){} ~A(){} void printA() { std::cout <<"call printA() in class A" <<std::endl; } void printSum() { std::cout <<"sum = " <<i+j <<std::endl; } private: int i, j; }; class B : public A { public: B():a(2), b(2) {} ~B(){} void printB() { std::cout <<"call printB() in class B" <<std::endl; } void printSum() { std::cout <<"sum = " <<a+b <<std::endl; } void Add() { a++; b++; } private: double a, b; }; int main() { B *ptrB = new B; ptrB->printSum(); //打印結(jié)果:sum = 4 A *ptrA = static_cast<B *>(ptrB); ptrA->printA(); ptrA->printSum(); //打印結(jié)果:sum = 2 //在進行upcast的時候,指針指向的對象的行為與指針的類型相關(guān)。 ptrA = new A; ptrA->printSum(); //打印結(jié)果:sum = 2 ptrB = static_cast<B *>(ptrA); ptrB->printB(); ptrB->printSum(); //打印結(jié)果:sum = 0 //在進行downcast的時候,其行為是“undefined”。 //B b; //B &rB = b; //rB.printSum(); //打印結(jié)果:sum = 4 //A &rA = static_cast<A &>(rB); //rA.printA(); //rA.printSum(); //打印結(jié)果:sum = 2 //在進行upcast的時候,引用指向的對象的行為與引用的類型相關(guān)。 //A a; //A &rA = a; //rA.printSum(); //打印結(jié)果:sum = 4 //B &rB = static_cast<B &>(rA); //rB.printB(); //rB.printSum(); //打印結(jié)果:sum = 5.18629e-317 //在進行downcast的時候,其行為是“undefined”。 return 0; }
如上,static_cast在對同一繼承體系的類之間進行downcast時的表現(xiàn),與C-Like針對分屬不同繼承體系的類之間進行轉(zhuǎn)換時的表現(xiàn)一樣,將是未定義的。所以,應(yīng)該盡可能使用static_cast執(zhí)行downcast轉(zhuǎn)換,更準(zhǔn)確的說,應(yīng)該盡可能避免對集成體系的類對應(yīng)的指針或者引用進行downcast轉(zhuǎn)換。
既然這樣,那是不是在軟件開發(fā)過程當(dāng)中就不會存在downcast的這種情況了呢?實際上不是的。一般來說,進行downcast的時候一般是在虛繼承的場景當(dāng)中,這個時候dynamic_cast就上場了。
2.3 dynamic_cast
dynamic_cast的使用主要在downcast的場景,它的使用需要滿足兩個條件:
downcast時轉(zhuǎn)換的類之間存在著“虛繼承”的關(guān)系
轉(zhuǎn)換之后的類型與其指向的實際類型要相符合
dynamic_cast對于upcast與static_cast的效果是一樣的,然而因為dynamic_cast依賴于RTTI,所以在性能上面相比static_cast略低。
#include <iostream> #include <exception> class A { public: virtual void print() { std::cout <<"Welcome to WorldA!" <<std::endl; } }; class B : public A { public: B():a(0), b(0) {} ~B(){} virtual void print() { std::cout <<"Welcome to WorldB!" <<std::endl; } private: double a, b; }; int main() { B *ptrB = new B; A *ptrA = dynamic_cast<A *>(ptrB); ptrA->print(); //在虛繼承當(dāng)中,針對指針執(zhí)行upcast時dynamic_cast轉(zhuǎn)換的效果與static_cast一樣 //對是否存在virtual沒有要求,會實際調(diào)用所指向?qū)ο蟮某蓡T。 //A *ptrA = new A; //B *ptrB = dynamic_cast<B *>(ptrA); //ptrB->print(); //Segmentation fault,針對指針執(zhí)行downcast時轉(zhuǎn)換不成功,返回NULL。 //A a; //A &ra = a; //B &b = dynamic_cast<B &>(ra); //b.print(); //拋出St8bad_cast異常,針對引用執(zhí)行downcast時轉(zhuǎn)換不成功,拋出異常。 //ptrA = new A; //ptrB = static_cast<B *>(ptrA); //ptrB->print(); //使用static_cast進行downcast的時候,與dynamic_cast返回NULL不同, //這里會調(diào)用ptrB實際指向的對象的虛函數(shù)。 //ptrA = new A; //ptrB = dynamic_cast<B *>(ptrA); //ptrB->print(); //在進行downcast時,如果沒有virtual成員,那么在編譯時會提示: // In function ‘int main()': // cannot dynamic_cast ‘ptrA' (of type ‘class A*') to type ‘class B*' (source type is not polymorphic) return 0; }
從這個例子可以看出,在虛繼承場景下,能夠使用dynamic_cast的地方一定可以使用static_cast,然而dynamic_cast卻有著更嚴(yán)格的要求,以便幫助程序員編寫出更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)拇a。只不過,它在性能上面多了一部分開銷。
3 reinterpret_cast
reinterpret_cast是最危險的一種cast,之所以說它最危險,是因為它的表現(xiàn)和C-Like一般強大,稍微不注意就會出現(xiàn)錯誤。它一般在一些low-level的轉(zhuǎn)換或者位操作當(dāng)中運用。
#include <iostream> class A { public: A(){} ~A(){} void print() { std::cout <<"Hello World!" <<std::endl; } }; class B { public: B():a(0), b(0) {} ~B(){} void call() { std::cout <<"Happy for your call!" <<std::endl; } private: double a, b; }; int main() { //A *ptrA = new A; //B *ptrB = reinterpret_cast<B *>(ptrA); //ptrB->call(); //正常編譯 //A *ptrA = new A; //B *ptrB = (B *)(ptrA); //ptrB->call(); //正常編譯 //A *ptrA = new A; //B *ptrB = static_cast<B *>(ptrA); //ptrB->call(); //編譯不通過,提示: //In function ‘int main()': //error: invalid static_cast from type ‘A*' to type ‘B*' //char c; //char *pC = &c; //int *pInt = static_cast<int *>(pC); //編譯提示錯誤:error: invalid static_cast from type ‘char*' to type ‘int*' //int *pInt = reinterpret_cast<int *>(pC); //正常編譯。 //int *pInt = (int *)(pC); //正常編譯。 return 0; }
分析了static_cast,dynamic_cast與reinterpret_cast之后就可以畫出如下的圖示對它們之間的區(qū)別進行簡單比較了。這里沒有將const_cast納入進來是因為它比較特殊,另外分節(jié)對它進行介紹。
---------------- / dynamic_cast \ -->同一繼承體系(virtual)的類指針或引用[更安全的downcast] ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ / static_cast \ -->基礎(chǔ)類型[更安全],同一繼承體系的類指針或引用 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ / reinterpret_cast \ -->與C-Like的作用一致,沒有任何靜態(tài)或者動態(tài)的checking機制 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ / C-Like \ -->基礎(chǔ)類型,同一繼承體系的類指針或引用,不同繼承體系類的指針或引用 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
4 const_cast
const_cast能夠使用來移出或者增加一個變量的const屬性,最初的時候我覺得這個const_cast比較怪異,C里面一直都沒有類似的東西來消除const屬性,這里是否會多余呢?其實,我這種想法本身就沒根沒據(jù)。后來想想,在C++當(dāng)中一直提倡將常量聲明為const,這樣一旦常量變得多了起來,在與其他軟件組件或者第三方庫進行銜接的時候就難免會碰到需要cast const屬性的問題。比如:
const int myConst = 15; int *nonConst = const_cast<int *>(&myConst); void print(int *p) { std::cout << *p; } print(&myConst); // 編譯錯誤:error: invalid conversion from ‘const int*' to ‘int*' print(nonConst); // 正常
不過,在使用const_cast的時候應(yīng)該要注意,如果沒有必要盡量不要去修改它的值:
const int myConst = 15; int *nonConst = const_cast<int *>(&myConst); *nonConst = 10; // 如果該變量存放在read-only內(nèi)存區(qū)當(dāng)中,在運行時可能會出現(xiàn)錯誤。
5 小結(jié)
在C++當(dāng)中對于大部分?jǐn)?shù)據(jù)類型而言,使用C-Like的類型轉(zhuǎn)換已經(jīng)完全夠用了。然而,不少人一直在倡導(dǎo)進行顯式數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換的時候盡可能地使用C++規(guī)定的類型轉(zhuǎn)換操作。我想這里面大概有兩方面的原因:
第一種,C++是一門“新”的編程語言,應(yīng)該學(xué)會用它本身的思想來解決編程方面的問題;
第二種,盡管C-Like轉(zhuǎn)換操作能力強大,但如果將其任意使用,會產(chǎn)生不少在編譯期間隱藏,卻在運行時候神出鬼沒。這些問題使得軟件的行為極不清晰。
如此,C++當(dāng)中引出了其他四種類型轉(zhuǎn)換方式,用來更加安全的完成一些場合的類型轉(zhuǎn)換操作。比如使用reinterpret_cast的時候會表示你確定無疑的想使用C-Like的類型轉(zhuǎn)換;在使用static_cast的時候想要確保轉(zhuǎn)換的對象基本兼容,比如無法將char *轉(zhuǎn)換為int *,無法在不同繼承體系類的指針或引用之間進行轉(zhuǎn)換;而使用dynamic_cast的時候是要對虛繼承下的類執(zhí)行downcast轉(zhuǎn)換,并且已經(jīng)明了當(dāng)前性能已經(jīng)不是主要的影響因素......
回答一下前文提到的問題。可以這么說,對于const_cast, static_cast, reinterpret_cast和dynamic_cast所能夠完成的所有轉(zhuǎn)換,C-Like也可以完成。但是,C-Like轉(zhuǎn)換卻沒有static_cast, dynamic_cast分別提供的編譯時類型檢測和運行時類型檢測。
C++之父Bjarne Stroustrup博士在這里也談到了他的觀點,主要有兩點:其一,C-Like的cast極具破壞性并且在代碼文本上也難得花不少力氣搜索到它;其二,新式的cast使得程序員更有目的使用它們并且讓編譯器能夠發(fā)現(xiàn)更多的錯誤;其三,新的cast符合模板聲明規(guī)范,可以讓程序員編寫它們自己的cast。
上一篇:詳解C語言中index()函數(shù)和rindex()函數(shù)的用法
欄 目:C語言
下一篇:詳解C語言中strcpy()函數(shù)與strncpy()函數(shù)的使用
本文標(biāo)題:C++中的四種類型轉(zhuǎn)換
本文地址:http://mengdiqiu.com.cn/a1/Cyuyan/2860.html
您可能感興趣的文章
- 04-02c語言沒有round函數(shù) round c語言
- 01-10深入理解C++中常見的關(guān)鍵字含義
- 01-10使用C++實現(xiàn)全排列算法的方法詳解
- 01-10深入Main函數(shù)中的參數(shù)argc,argv的使用詳解
- 01-10c++中inline的用法分析
- 01-10如何尋找數(shù)組中的第二大數(shù)
- 01-10用C++實現(xiàn)DBSCAN聚類算法
- 01-10全排列算法的非遞歸實現(xiàn)與遞歸實現(xiàn)的方法(C++)
- 01-10C++大數(shù)模板(推薦)
- 01-10淺談C/C++中的static與extern關(guān)鍵字的使用詳解


閱讀排行
本欄相關(guān)
- 04-02c語言函數(shù)調(diào)用后清空內(nèi)存 c語言調(diào)用
- 04-02func函數(shù)+在C語言 func函數(shù)在c語言中
- 04-02c語言的正則匹配函數(shù) c語言正則表達
- 04-02c語言用函數(shù)寫分段 用c語言表示分段
- 04-02c語言中對數(shù)函數(shù)的表達式 c語言中對
- 04-02c語言編寫函數(shù)冒泡排序 c語言冒泡排
- 04-02c語言沒有round函數(shù) round c語言
- 04-02c語言分段函數(shù)怎么求 用c語言求分段
- 04-02C語言中怎么打出三角函數(shù) c語言中怎
- 04-02c語言調(diào)用函數(shù)求fibo C語言調(diào)用函數(shù)求
隨機閱讀
- 08-05dedecms(織夢)副欄目數(shù)量限制代碼修改
- 01-10C#中split用法實例總結(jié)
- 01-10delphi制作wav文件的方法
- 01-10SublimeText編譯C開發(fā)環(huán)境設(shè)置
- 04-02jquery與jsp,用jquery
- 01-10使用C語言求解撲克牌的順子及n個骰子
- 08-05織夢dedecms什么時候用欄目交叉功能?
- 01-11ajax實現(xiàn)頁面的局部加載
- 01-11Mac OSX 打開原生自帶讀寫NTFS功能(圖文
- 08-05DEDE織夢data目錄下的sessions文件夾有什