C 類(lèi)型轉(zhuǎn)化分析：強(qiáng)制轉(zhuǎn)換，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換，靜態(tài)轉(zhuǎn)換

lchjczw 2013-02-18

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仔細(xì)想想地位卑賤的類(lèi)型轉(zhuǎn)換功能（cast），其在程序設(shè)計(jì)中的地位就象goto語(yǔ)句一樣令人鄙視。但是它還不是無(wú)法令人忍受，因?yàn)楫?dāng)在某些緊要的關(guān)頭，類(lèi)型轉(zhuǎn)換還是必需的，這時(shí)它是一個(gè)必需品。

　　不過(guò)C風(fēng)格的類(lèi)型轉(zhuǎn)換并不代表所有的類(lèi)型轉(zhuǎn)換功能。一來(lái)它們過(guò)于粗魯，能允許你在任何類(lèi)型之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。不過(guò)如果要進(jìn)行更精確的類(lèi)型轉(zhuǎn)換，這會(huì)是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。在這些類(lèi)型轉(zhuǎn)換中存在著巨大的不同，例如把一個(gè)指向const對(duì)象的指針（pointer-to-const-object）轉(zhuǎn)換成指向非const對(duì)象的指針（pointer-to-non-const-object）(即一個(gè)僅僅去除cosnt的類(lèi)型轉(zhuǎn)換)，把一個(gè)指向基類(lèi)的指針轉(zhuǎn)換成指向子類(lèi)的指針（即完全改變對(duì)象類(lèi)型）。傳統(tǒng)的C風(fēng)格的類(lèi)型轉(zhuǎn)換不對(duì)上述兩種轉(zhuǎn)換進(jìn)行區(qū)分。（這一點(diǎn)也不令人驚訝，因?yàn)镃風(fēng)格的類(lèi)型轉(zhuǎn)換是為C語(yǔ)言設(shè)計(jì)的，而不是為C++語(yǔ)言設(shè)計(jì)的）。

　　二來(lái)C風(fēng)格的類(lèi)型轉(zhuǎn)換在程序語(yǔ)句中難以識(shí)別。在語(yǔ)法上類(lèi)型轉(zhuǎn)換由圓括號(hào)和標(biāo)識(shí)符組成，而這些可以用在C＋＋中的任何地方。這使得回答象這樣一個(gè)最基本的有關(guān)類(lèi)型轉(zhuǎn)換的問(wèn)題變得很困難，“在這個(gè)程序中是否使用了類(lèi)型轉(zhuǎn)換？”。這是因?yàn)槿斯ら喿x很可能忽略了類(lèi)型轉(zhuǎn)換的語(yǔ)句，而利用象grep的工具程序也不能從語(yǔ)句構(gòu)成上區(qū)分出它們來(lái)。

　　C++通過(guò)引進(jìn)四個(gè)新的類(lèi)型轉(zhuǎn)換操作符克服了C風(fēng)格類(lèi)型轉(zhuǎn)換的缺點(diǎn)，這四個(gè)操作符是,static_cast, const_cast, dynamic_cast, 和reinterpret_cast。在大多數(shù)情況下，對(duì)于這些操作符你只需要知道原來(lái)你習(xí)慣于這樣寫(xiě)，(type) expression而現(xiàn)在你總應(yīng)該這樣寫(xiě)： static_cast(expression)；例如，假設(shè)你想把一個(gè)int轉(zhuǎn)換成double，以便讓包含int類(lèi)型變量的表達(dá)式產(chǎn)生出浮點(diǎn)數(shù)值的結(jié)果。如果用C風(fēng)格的類(lèi)型轉(zhuǎn)換，你能這樣寫(xiě)：

int firstNumber, secondNumber;
...
double result = ((double)firstNumber)/secondNumber；

　　如果用上述新的類(lèi)型轉(zhuǎn)換方法，你應(yīng)該這樣寫(xiě)：

double result = static_cast(firstNumber)/secondNumber;

　　這樣的類(lèi)型轉(zhuǎn)換不論是對(duì)人工還是對(duì)程序都很容易識(shí)別。

　　static_cast 在功能上基本上與C風(fēng)格的類(lèi)型轉(zhuǎn)換一樣強(qiáng)大，含義也一樣。它也有功能上限制。例如，你不能用static_cast象用C風(fēng)格的類(lèi)型轉(zhuǎn)換一樣把struct轉(zhuǎn)換成int類(lèi)型或者把double類(lèi)型轉(zhuǎn)換成指針類(lèi)型，另外，static_cast不能從表達(dá)式中去除const屬性，因?yàn)榱硪粋€(gè)新的類(lèi)型轉(zhuǎn)換操作符const_cast有這樣的功能。

　　其它新的C++類(lèi)型轉(zhuǎn)換操作符被用在需要更多限制的地方。const_cast 用于類(lèi)型轉(zhuǎn)換掉表達(dá)式的const或volatileness屬性。通過(guò)使用const_cast，你向人們和編譯器強(qiáng)調(diào)你通過(guò)類(lèi)型轉(zhuǎn)換想做的只是改變一些東西的constness 或者 volatileness屬性。這個(gè)含義被編譯器所約束。如果你試圖使用const_cast來(lái)完成修改constness 或者 volatileness屬性之外的事情，你的類(lèi)型轉(zhuǎn)換將被拒絕。下面是一些例子：

class Widget { ... };
class SpecialWidget: public Widget { ... };
void update(SpecialWidget *psw);
SpecialWidget sw; // sw 是一個(gè)非const 對(duì)象。
const SpecialWidget& csw = sw; // csw 是sw的一個(gè)引用
// 它是一個(gè)const 對(duì)象
update(&csw); // 錯(cuò)誤!不能傳遞一個(gè)const SpecialWidget* 變量
// 給一個(gè)處理SpecialWidget*類(lèi)型變量的函數(shù)
update(const_cast(&csw));
// 正確，csw的const被顯示地轉(zhuǎn)換掉（
// csw和sw兩個(gè)變量值在update
//函數(shù)中能被更新）
update((SpecialWidget*)&csw);
// 同上，但用了一個(gè)更難識(shí)別
//的C風(fēng)格的類(lèi)型轉(zhuǎn)換
Widget *pw = new SpecialWidget;
update(pw); // 錯(cuò)誤！pw的類(lèi)型是Widget*，但是
// update函數(shù)處理的是SpecialWidget*類(lèi)型
update(const_cast(pw));
// 錯(cuò)誤！const_cast僅能被用在影響
// constness or volatileness的地方上。,
// 不能用在向繼承子類(lèi)進(jìn)行類(lèi)型轉(zhuǎn)換。

　　到目前為止，const_cast最普通的用途就是轉(zhuǎn)換掉對(duì)象的const屬性。

　　第二種特殊的類(lèi)型轉(zhuǎn)換符是dynamic_cast，它被用于安全地沿著類(lèi)的繼承關(guān)系向下進(jìn)行類(lèi)型轉(zhuǎn)換。這就是說(shuō)，你能用dynamic_cast把指向基類(lèi)的指針或引用轉(zhuǎn)換成指向其派生類(lèi)或其兄弟類(lèi)的指針或引用，而且你能知道轉(zhuǎn)換是否成功。失敗的轉(zhuǎn)換將返回空指針（當(dāng)對(duì)指針進(jìn)行類(lèi)型轉(zhuǎn)換時(shí)）或者拋出異常（當(dāng)對(duì)引用進(jìn)行類(lèi)型轉(zhuǎn)換時(shí)）：

Widget *pw;
...
update(dynamic_cast(pw));
// 正確，傳遞給update函數(shù)一個(gè)指針
// 是指向變量類(lèi)型為SpecialWidget的pw的指針
// 如果pw確實(shí)指向一個(gè)對(duì)象,
// 否則傳遞過(guò)去的將使空指針。
void updateViaRef(SpecialWidget& rsw);
updateViaRef(dynamic_cast(*pw));
//正確。傳遞給updateViaRef函數(shù)
// SpecialWidget pw 指針，如果pw
// 確實(shí)指向了某個(gè)對(duì)象
// 否則將拋出異常

　　dynamic_casts在幫助你瀏覽繼承層次上是有限制的。它不能被用于缺乏虛函數(shù)的類(lèi)型上，也不能用它來(lái)轉(zhuǎn)換掉constness:

int firstNumber, secondNumber;
...
...
double result = dynamic_cast(firstNumber)/secondNumber;
// 錯(cuò)誤！沒(méi)有繼承關(guān)系
const SpecialWidget sw;
...
update(dynamic_cast(&sw));
// 錯(cuò)誤! dynamic_cast不能轉(zhuǎn)換
// 掉const。

　　如你想在沒(méi)有繼承關(guān)系的類(lèi)型中進(jìn)行轉(zhuǎn)換，你可能想到static_cast。如果是為了去除const，你總得用const_cast。

　　這四個(gè)類(lèi)型轉(zhuǎn)換符中的最后一個(gè)是reinterpret_cast。這個(gè)操作符被用于的類(lèi)型轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換結(jié)果幾乎都是實(shí)現(xiàn)時(shí)定義（implementation-defined）。因此，使用reinterpret_casts的代碼很難移植。

　　reinterpret_casts的最普通的用途就是在函數(shù)指針類(lèi)型之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。例如，假設(shè)你有一個(gè)函數(shù)指針數(shù)組：

typedef void (*FuncPtr)(); // FuncPtr is 一個(gè)指向函數(shù)
// 的指針，該函數(shù)沒(méi)有參數(shù)
// 也返回值類(lèi)型為void
FuncPtr funcPtrArray[10]; // funcPtrArray 是一個(gè)能容納
// 10個(gè)FuncPtrs指針的數(shù)組

　　讓我們假設(shè)你希望（因?yàn)槟承┠涿畹脑颍┌岩粋€(gè)指向下面函數(shù)的指針存入funcPtrArray數(shù)組：

int doSomething();

　　你不能不經(jīng)過(guò)類(lèi)型轉(zhuǎn)換而直接去做，因?yàn)閐oSomething函數(shù)對(duì)于funcPtrArray數(shù)組來(lái)說(shuō)有一個(gè)錯(cuò)誤的類(lèi)型。在FuncPtrArray數(shù)組里的函數(shù)返回值是void類(lèi)型，而doSomething函數(shù)返回值是int類(lèi)型。

funcPtrArray[0] = &doSomething; // 錯(cuò)誤！類(lèi)型不匹配
reinterpret_cast可以讓你迫使編譯器以你的方法去看待它們：
funcPtrArray[0] = // this compiles
reinterpret_cast(&doSomething);

　　轉(zhuǎn)換函數(shù)指針的代碼是不可移植的（C++不保證所有的函數(shù)指針都被用一樣的方法表示），在一些情況下這樣的轉(zhuǎn)換會(huì)產(chǎn)生不正確的結(jié)果（參見(jiàn)條款31），所以你應(yīng)該避免轉(zhuǎn)換函數(shù)指針類(lèi)型，除非你處于著背水一戰(zhàn)和尖刀架喉的危急時(shí)刻。一把鋒利的刀。一把非常鋒利的刀。

　　如果你使用的編譯器缺乏對(duì)新的類(lèi)型轉(zhuǎn)換方式的支持，你可以用傳統(tǒng)的類(lèi)型轉(zhuǎn)換方法代替static_cast, const_cast, and reinterpret_cast。也可以用下面的宏替換來(lái)模擬新的類(lèi)型轉(zhuǎn)換語(yǔ)法：

#define static_cast(TYPE,EXPR) ((TYPE)(EXPR))
#define const_cast(TYPE,EXPR) ((TYPE)(EXPR))
#define reinterpret_cast(TYPE,EXPR) ((TYPE)(EXPR))

　　你可以象這樣使用使用：

double result = static_cast(double, firstNumber)/secondNumber;
update(const_cast(SpecialWidget*, &sw));
funcPtrArray[0] = reinterpret_cast(FuncPtr, &doSomething);

　　這些模擬不會(huì)象真實(shí)的操作符一樣安全，但是當(dāng)你的編譯器可以支持新的的類(lèi)型轉(zhuǎn)換時(shí)它們可以簡(jiǎn)化你把代碼升級(jí)的過(guò)程。

　　沒(méi)有一個(gè)容易的方法來(lái)模擬dynamic_cast的操作，但是很多函數(shù)庫(kù)提供了函數(shù)，安全地在派生類(lèi)與基類(lèi)之間的進(jìn)行類(lèi)型轉(zhuǎn)換。如果你沒(méi)有這些函數(shù)而你有必須進(jìn)行這樣的類(lèi)型轉(zhuǎn)換，你也可以回到C風(fēng)格的類(lèi)型轉(zhuǎn)換方法上，但是這樣的話(huà)你將不能獲知類(lèi)型轉(zhuǎn)換是否失敗。當(dāng)然，你也可以定義一個(gè)宏來(lái)模擬dynamic_cast的功能，就象模擬其它的類(lèi)型轉(zhuǎn)換一樣：

#define dynamic_cast(TYPE,EXPR) (TYPE)(EXPR)

　　請(qǐng)記住，這個(gè)模擬并不能完全實(shí)現(xiàn)dynamic_cast的功能，它沒(méi)有辦法知道轉(zhuǎn)換是否失敗。

　　我知道，是的，我知道，新的類(lèi)型轉(zhuǎn)換操作符不是很美觀而且用鍵盤(pán)鍵入也很麻煩。如果你發(fā)現(xiàn)它們看上去實(shí)在令人討厭，C風(fēng)格的類(lèi)型轉(zhuǎn)換還可以繼續(xù)使用并且合法。然而正是因?yàn)樾碌念?lèi)型轉(zhuǎn)換符缺乏美感才能使它彌補(bǔ)了在含義精確性和可辨認(rèn)性上的缺點(diǎn)，并且使用新類(lèi)型轉(zhuǎn)換符的程序更容易被解析（不論是對(duì)人工還是對(duì)于工具程序），它們?cè)试S編譯器檢測(cè)出原來(lái)不能發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤。這些都是放棄C風(fēng)格類(lèi)型轉(zhuǎn)換方法的強(qiáng)有力的理由，還有第三個(gè)理由：也許讓類(lèi)型轉(zhuǎn)換符不美觀和鍵入麻煩是一件好事。

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來(lái)自： lchjczw > 《C 基礎(chǔ)學(xué)習(xí)》

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