C++標準轉換運算子const_cast – Ider – 部落格園C++標準轉換運算子const_cast

C++標準轉換運算子const_cast - Ider - 部落格園

C++標準轉換運算子const_cast

 

前面講了C++繼承並擴充C語言的傳統類型轉換方式，最後留下了一些關於指標和引用上的轉換問題，沒有做詳細地講述。C++相比於C是一門物件導向的語言，物件導向最大的特點之一就是具有“多態性(Polymorphism)”。

要想很好的使用多態性，就免不了要使用指標和引用，也免不了會碰到轉換的問題，所以在這一篇，就把導師講的以及在網上反覆查閱瞭解的知識總結一下。

C++提供了四個轉換運算子：

• const_cast <new_type> (expression)
• static_cast <new_type> (expression)
• reinterpret_cast <new_type> (expression)
• dynamic_cast <new_type> (expression)

它們有著相同的結構，看起來像是模板方法。這些方法就是提供給開發人員用來進行指標和引用的轉換的。

其實我很早就想寫這篇內容的，自己不斷地查看導師發來的資料，也在網上不停地看相關的知識，卻一直遲遲不能完全理解C++轉換運算子的用法，倒是看了那些資料後先寫了一篇傳統轉換方面的內容。雖然從字面上很好理解它們大致是什麼作用，但是真正像使用起來，卻用不知道他們具體的用途，只會不斷的被編譯器提醒Error。所以如果出現理解不到位或錯誤的地方，還希望前人或來者能夠指正。

在我看來這些標準運算子的作用就是對傳統運算子的代替，以便做到統一。就像我們用std::endl來輸出換行，而不是'\n'。我會用代碼來說明相應的傳統轉換可以如何這些標準運算子。當然，這這是大致的理解，在標準運算子上，編譯器肯定有做更多的處理，特別是dynamic_cast是不能用傳統轉換方式來完全實現的。

在這一篇文章裡，我會先講講我對const_cast運算子的理解。

const_cast (expression)

const_cast轉換符是用來移除變數的const或volatile限定符。對於後者，我不是太清楚，因為它涉及到了多線程的設計，而我在這方面沒有什麼瞭解。所以我只來說const方面的內容。

 

用const_cast來去除const限定

 

對於const變數，我們不能修改它的值，這是這個限定符最直接的表現。但是我們就是想違背它的限定希望修改其內容怎麼辦呢？

下邊的代碼顯然是達不到目的的： const int constant = 10;
int modifier = constant;

因為對modifier的修改並不會影響到constant，這暗示了一點:const_cast轉換符也不該用在對象資料上，因為這樣的轉換得到的兩個變數/對象並沒有相關性。

只有用指標或者引用，讓變數指向同一個地址才是解決方案，可惜下邊的代碼在C++中也是編譯不過的： const int constant = 21;
int* modifier = &constant
// Error: invalid conversion from 'const int*' to 'int*'

（上邊的代碼在C中是可以編譯的，最多會得到一個warning，所在在C中上一步就可以開始對constant裡面的資料胡作非為了）

把constant交給非const的引用也是不行的。 const int constant = 21;
int& modifier = constant;
// Error: invalid initialization of reference of type 'int&' from expression of type 'const int'

於是const_cast就出來消滅const，以求引起程式世界的混亂。

下邊的代碼就順利編譯功過了： const int constant = 21;
const int* const_p = &constant;
int* modifier = const_cast<int*>(const_p);
*modifier = 7;


傳統轉換方式實現const_cast運算子

 

我說過標：准轉換運算子是可以用傳統轉換方式實現的。const_cast實現原因就在於C++對於指標的轉換是任意的，它不會檢查類型，任何指標之間都可以進行互相轉換，因此const_cast就可以直接使用顯示轉換(int*)來代替： const int constant = 21;
const int* const_p = &constant;
int* modifier = (int*)(const_p);


或者我們還可以把他們合成一個語句，跳過中間變數，用 const int constant = 21;
int* modifier = (int*)(&constant);


替代 const int constant = 21;
int* modifier = const_cast<int*>(&constant);

為何要去除const限定

 

從前面代碼中已經看到，我們不能對constant進行修改，但是我們可以對modifier進行重新賦值。

但是但是，程式世界真的混亂了嗎？我們真的通過modifier修改了constatn的值了嗎？修改const變數的資料真的是C++去const的目的嗎？

如果我們把結果列印出來： cout << "constant: "<< constant <<endl;
cout << "const_p: "<< *const_p <<endl;
cout << "modifier: "<< *modifier <<endl;
/**
constant: 21
const_p: 7
modifier: 7
**/


constant還是保留了它原來的值。

可是它們的確指向了同一個地址呀：
cout << "constant: "<< &constant <<endl;
cout << "const_p: "<< const_p <<endl;
cout << "modifier: "<< modifier <<endl;

/**
constant: 0x7fff5fbff72c
const_p: 0x7fff5fbff72c
modifier: 0x7fff5fbff72c
**/


這真是一件奇怪的事情，但是這是件好事：說明C++裡是const，就是const，外界千變萬變，我就不變。不然真的會亂套了，const也沒有存在的意義了。

IBM的C++指南稱呼“*modifier = 7;”為“未定義行為（Undefined Behavior）”。所謂未定義，是說這個語句在標準C++中沒有明確的規定，由編譯器來決定如何處理。

位元運算的左移操作也可算一種未定義行為，因為我們不確定是邏輯左移，還是算數左移。

再比如下邊的語句：v[i] = i++; 也是一種未定義行為，因為我們不知道是先做自增，還是先用來找數組中的位置。

 

對於未定義行為，我們所能做的所要做的就是避免出現這樣的語句。對於const資料我們更要這樣保證：絕對不對const資料進行重新賦值。

如果我們不想修改const變數的值，那我們又為什麼要去const呢？

原因是，我們可能調用了一個參數不是const的函數，而我們要傳進去的實際參數確實const的，但是我們知道這個函數是不會對參數做修改的。於是我們就需要使用const_cast去除const限定，以便函數能夠接受這個實際參數。

#include <iostream>using namespace std;void Printer (int* val,string seperator = "\n"){cout << val<< seperator;}int main(void) {const int consatant = 20;//Printer(consatant);//Error: invalid conversion from 'int' to 'int*'Printer(const_cast<int *>(&consatant));return 0;}

出現這種情況的原因，可能是我們所調用的方法是別人寫的。還有一種我能想到的原因，是出現在const對象想調用自身的非const方法的時候，因為在類定義中，const也可以作為函數重載的一個標示符。有機會，我會專門回顧一下我所知道const的用法，C++的const真的有太多可以說的了。

在IBM的C++指南中還提到了另一種可能需要去const的情況：

#include <iostream>using namespace std;int main(void) {int variable = 21;int* const_p = &variable;int* modifier = const_cast<int*>(const_p);*modifier = 7cout << "variable:" << variable << endl;return 0;} /**variable:7**/

 

我們定義了一個非const的變數，但用帶const限定的指標去指向它，在某一處我們突然又想修改了，可是我們手上只有指標，這時候我們可以去const來修改了。上邊的代碼結果也證實我們修改成功了。

 

不過我覺得這並不是一個好的設計，還是應該遵從這樣的原則：使用const_cast去除const限定的目的絕對不是為了修改它的內容，只是出於無奈。（如果真像我說是種無奈，似乎const_cast就不太有用到的時候了，但的確我也很少用到它）

Director: Jim Fawcett

1. C++ Language Tutorial - Type Casting
2. Object Oriented Design
3. IBM Complilers - XL C/C++ V9.0 for Linux - The const_cast operator (C++ only)
4. stackoverflow: Is const_cast safe?

 

前面講了C++繼承並擴充C語言的傳統類型轉換方式，最後留下了一些關於指標和引用上的轉換問題，沒有做詳細地講述。C++相比於C是一門物件導向的語言，物件導向最大的特點之一就是具有“多態性(Polymorphism)”。

要想很好的使用多態性，就免不了要使用指標和引用，也免不了會碰到轉換的問題，所以在這一篇，就把導師講的以及在網上反覆查閱瞭解的知識總結一下。

C++提供了四個轉換運算子：

• const_cast <new_type> (expression)
• static_cast <new_type> (expression)
• reinterpret_cast <new_type> (expression)
• dynamic_cast <new_type> (expression)

它們有著相同的結構，看起來像是模板方法。這些方法就是提供給開發人員用來進行指標和引用的轉換的。

其實我很早就想寫這篇內容的，自己不斷地查看導師發來的資料，也在網上不停地看相關的知識，卻一直遲遲不能完全理解C++轉換運算子的用法，倒是看了那些資料後先寫了一篇傳統轉換方面的內容。雖然從字面上很好理解它們大致是什麼作用，但是真正像使用起來，卻用不知道他們具體的用途，只會不斷的被編譯器提醒Error。所以如果出現理解不到位或錯誤的地方，還希望前人或來者能夠指正。

在我看來這些標準運算子的作用就是對傳統運算子的代替，以便做到統一。就像我們用std::endl來輸出換行，而不是'\n'。我會用代碼來說明相應的傳統轉換可以如何這些標準運算子。當然，這這是大致的理解，在標準運算子上，編譯器肯定有做更多的處理，特別是dynamic_cast是不能用傳統轉換方式來完全實現的。

在這一篇文章裡，我會先講講我對const_cast運算子的理解。

const_cast (expression)

const_cast轉換符是用來移除變數的const或volatile限定符。對於後者，我不是太清楚，因為它涉及到了多線程的設計，而我在這方面沒有什麼瞭解。所以我只來說const方面的內容。

 

用const_cast來去除const限定

 

對於const變數，我們不能修改它的值，這是這個限定符最直接的表現。但是我們就是想違背它的限定希望修改其內容怎麼辦呢？

下邊的代碼顯然是達不到目的的： const int constant = 10;
int modifier = constant;

因為對modifier的修改並不會影響到constant，這暗示了一點:const_cast轉換符也不該用在對象資料上，因為這樣的轉換得到的兩個變數/對象並沒有相關性。

只有用指標或者引用，讓變數指向同一個地址才是解決方案，可惜下邊的代碼在C++中也是編譯不過的： const int constant = 21;
int* modifier = &constant
// Error: invalid conversion from 'const int*' to 'int*'

（上邊的代碼在C中是可以編譯的，最多會得到一個warning，所在在C中上一步就可以開始對constant裡面的資料胡作非為了）

把constant交給非const的引用也是不行的。 const int constant = 21;
int& modifier = constant;
// Error: invalid initialization of reference of type 'int&' from expression of type 'const int'

於是const_cast就出來消滅const，以求引起程式世界的混亂。

下邊的代碼就順利編譯功過了： const int constant = 21;
const int* const_p = &constant;
int* modifier = const_cast<int*>(const_p);
*modifier = 7;


傳統轉換方式實現const_cast運算子

 

我說過標：准轉換運算子是可以用傳統轉換方式實現的。const_cast實現原因就在於C++對於指標的轉換是任意的，它不會檢查類型，任何指標之間都可以進行互相轉換，因此const_cast就可以直接使用顯示轉換(int*)來代替： const int constant = 21;
const int* const_p = &constant;
int* modifier = (int*)(const_p);


或者我們還可以把他們合成一個語句，跳過中間變數，用 const int constant = 21;
int* modifier = (int*)(&constant);


替代 const int constant = 21;
int* modifier = const_cast<int*>(&constant);

為何要去除const限定

 

從前面代碼中已經看到，我們不能對constant進行修改，但是我們可以對modifier進行重新賦值。

但是但是，程式世界真的混亂了嗎？我們真的通過modifier修改了constatn的值了嗎？修改const變數的資料真的是C++去const的目的嗎？

如果我們把結果列印出來： cout << "constant: "<< constant <<endl;
cout << "const_p: "<< *const_p <<endl;
cout << "modifier: "<< *modifier <<endl;
/**
constant: 21
const_p: 7
modifier: 7
**/


constant還是保留了它原來的值。

可是它們的確指向了同一個地址呀：
cout << "constant: "<< &constant <<endl;
cout << "const_p: "<< const_p <<endl;
cout << "modifier: "<< modifier <<endl;

/**
constant: 0x7fff5fbff72c
const_p: 0x7fff5fbff72c
modifier: 0x7fff5fbff72c
**/


這真是一件奇怪的事情，但是這是件好事：說明C++裡是const，就是const，外界千變萬變，我就不變。不然真的會亂套了，const也沒有存在的意義了。

IBM的C++指南稱呼“*modifier = 7;”為“未定義行為（Undefined Behavior）”。所謂未定義，是說這個語句在標準C++中沒有明確的規定，由編譯器來決定如何處理。

位元運算的左移操作也可算一種未定義行為，因為我們不確定是邏輯左移，還是算數左移。

再比如下邊的語句：v[i] = i++; 也是一種未定義行為，因為我們不知道是先做自增，還是先用來找數組中的位置。

 

對於未定義行為，我們所能做的所要做的就是避免出現這樣的語句。對於const資料我們更要這樣保證：絕對不對const資料進行重新賦值。

如果我們不想修改const變數的值，那我們又為什麼要去const呢？

原因是，我們可能調用了一個參數不是const的函數，而我們要傳進去的實際參數確實const的，但是我們知道這個函數是不會對參數做修改的。於是我們就需要使用const_cast去除const限定，以便函數能夠接受這個實際參數。

#include <iostream>using namespace std;void Printer (int* val,string seperator = "\n"){cout << val<< seperator;}int main(void) {const int consatant = 20;//Printer(consatant);//Error: invalid conversion from 'int' to 'int*'Printer(const_cast<int *>(&consatant));return 0;}

出現這種情況的原因，可能是我們所調用的方法是別人寫的。還有一種我能想到的原因，是出現在const對象想調用自身的非const方法的時候，因為在類定義中，const也可以作為函數重載的一個標示符。有機會，我會專門回顧一下我所知道const的用法，C++的const真的有太多可以說的了。

在IBM的C++指南中還提到了另一種可能需要去const的情況：

#include <iostream>using namespace std;int main(void) {int variable = 21;int* const_p = &variable;int* modifier = const_cast<int*>(const_p);*modifier = 7cout << "variable:" << variable << endl;return 0;} /**variable:7**/

 

我們定義了一個非const的變數，但用帶const限定的指標去指向它，在某一處我們突然又想修改了，可是我們手上只有指標，這時候我們可以去const來修改了。上邊的代碼結果也證實我們修改成功了。

 

不過我覺得這並不是一個好的設計，還是應該遵從這樣的原則：使用const_cast去除const限定的目的絕對不是為了修改它的內容，只是出於無奈。（如果真像我說是種無奈，似乎const_cast就不太有用到的時候了，但的確我也很少用到它）

Director: Jim Fawcett

1. C++ Language Tutorial - Type Casting
2. Object Oriented Design
3. IBM Complilers - XL C/C++ V9.0 for Linux - The const_cast operator (C++ only)
4. stackoverflow: Is const_cast safe?