C++中static_cast和dynamic_cast強制類型轉換

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在C++標準中，提供了關於類型層次轉換中的兩個關鍵字static_cast和dynamic_cast。

一、static_cast關鍵字（編譯時間類型檢查）

用法：static_cast < type-id > ( expression )，該運算子把expression轉換為type-id類型，但沒有運行時類型檢查來保證轉換的安全性，它主要有如下幾種用法：

（1）用於基礎資料型別 (Elementary Data Type)之間的轉換，如把int轉換為char，把int轉換成enum，但這種轉換的安全性需要開發人員自己保證（這可以理解為保證資料的精度，即程式員能不能保證自己想要的程式安全），如在把int轉換為char時，如果char沒有足夠的位元位來存放int的值（int>127或int<-127時），那麼static_cast所做的只是簡單的截斷，及簡單地把int的低8位複製到char的8位中，並直接拋棄高位。

（2）把null 指標轉換成目標類型的null 指標

（3）把任何類型的運算式類型轉換成void類型

（4）用於類階層中父類和子類之間指標和引用的轉換。

對於以上第（4）點，存在兩種形式的轉換，即上行轉換（子類到父類）和下行轉換（父類到子類）。對於static_cast，上行轉換時安全的，而下行轉換時不安全的，為什麼呢？因為static_cast的轉換時粗暴的，它僅根據類型轉換語句中提供的資訊（角括弧中的類型）來進行轉換，這種轉換方式對於上行轉換，由於子類總是包含父類的所有資料成員和函數成員，因此從子類轉換到父類的指標對象可以沒有任何顧慮的訪問其（指父類）的成員。而對於下行轉換為什麼不安全，是因為static_cast只是在編譯時間進行類型堅持，沒有運行時的類型檢查，具體原理在dynamic_cast中說明。

二、dynamic_cast關鍵字（運行時類型檢查）

(作為四個內部類型轉換操作符之一的dynamic_cast和傳統的C風格的強制類型轉換有著巨大的差別。除了dynamic_cast以外的轉換，其行為的都是在編譯期就得以確定的，轉換是否成功，並不依賴被轉換的對象。而dynamic_cast則不然。在這裡，不再討論其他三種轉換和C風格的轉換。
首先，dynamic_cast依賴於RTTI資訊，其次，在轉換時，dynamic_cast會檢查轉換的source對象是否真的可以轉換成target類型，這種檢查不是文法上的，而是真實情況的檢查。
先看RTTI相關部分，通常，許多編譯器都是通過vtable找到對象的RTTI資訊的，這也就意味著，如果基類沒有虛方法，也就無法判斷一個基類指標變數所指對象的真實類型, 這時候，dynamic_cast只能用來做安全的轉換,例如從衍生類別指標轉換成基類指標.而這種轉換其實並不需要dynamic_cast參與.
也就是說,dynamic_cast是根據RTTI記載的資訊來判斷類型轉換是否合法的.)

用法：同static_cast

dynamic_cast主要用於類階層中父類和子類之間指標和引用的轉換，由於具有運行時類型檢查，因此可以保證下行轉換的安全性，何為安全性？即轉換成功就返迴轉換後的正確類型指標，如果轉換失敗，則返回NULL，之所以說static_cast在下行轉換時不安全，是因為即使轉換失敗，它也不返回NULL。

對於上行轉換，dynamic_cast和static_cast是一樣的。

對於下行轉換，說到下行轉換，有一點需要瞭解的是在C++中，一般是可以用父類指標指向一個子類對象，如parent* P1 = new Children(); 但這個指標只能訪問父類定義的資料成員和函數，這是C++中的靜態聯翩，但一般不定義指向父類對象的子類類型指標，如Children* P1 = new parent；這種定義方法不符合生活習慣，在程式設計上也很麻煩。這就解釋了也說明了，在上行轉換中，static_cast和dynamic_cast效果是一樣的，而且都比較安全，因為向上轉換的對象一般是指向子類對象的子類類型指標；而在下行轉換中，由於可以定義就不同了指向子類對象的父類類型指標，同時static_cast只在編譯時間進行類型檢查，而dynamic_cast是運行時類型檢查，則需要視情況而定。下面通過代碼進行說明

class Base{    virtual void fun(){}};class Derived:public Base{};

由於需要進行向下轉換，因此需要定義一個父類類型的指標Base *P，但是由於子類繼承與父類，父類指標可以指向父類對象，也可以指向子類對象，這就是重點所在。如果 P指向的確實是子類對象，則dynamic_cast和static_cast都可以轉換成功，如下所示：

Base *P = new Derived();Derived *pd1 = static_cast<Derived *>(P);Derived *pd2 = dynamic_cast<Derived *>(P);

以上轉換都能成功。

 

但是，如果 P 指向的不是子類對象，而是父類對象，如下所示：

Base *P = new Base;Derived *pd3 = static_cast<Derived *>(P);Derived *pd4 = dynamic_cast<Derived *>(P);

在以上轉換中，static_cast轉換在編譯時間不會報錯，也可以返回一個子類對象指標（假想），但是這樣是不安全的，在運行時可能會有問題，因為子類中包含父類中沒有的資料和函數成員，這裡需要理解轉換的字面意思，轉換是什嗎？轉換就是把對象從一種類型轉換到另一種類型，如果這時用 pd3 去訪問子類中有但父類中沒有的成員，就會出現訪問越界的錯誤，導致程式崩潰。而dynamic_cast由於具有運行時類型檢查功能，它能檢查P的類型，由於上述轉換是不合理的，所以它返回NULL。

 

三、總結

C++中層次類型轉換中無非兩種：上行轉換和下行轉換

對於上行轉換，static_cast和dynamic_cast效果一樣，都安全；

對於下行轉換：你必須確定要轉換的資料確實是目標類型的資料，即需要注意要轉換的父類類型指標是否真的指向子類對象，如果是，static_cast和dynamic_cast都能成功；如果不是static_cast能返回，但是不安全，可能會出現訪問越界錯誤，而dynamic_cast在運行時類型檢查過程中，判定該過程不能轉換，返回NULL。

註：

虛函數對於dynamic_cast轉換的作用

　　為何使用dynamic_cast轉換類指標時，需要虛函數呢。

Dynamic_cast轉換是在運行時進行轉換，運行時轉換就需要知道類對象的資訊（繼承關係等）。

如何在運行時擷取到這個資訊——虛函數表。

　　C++物件模型中，對象執行個體最前面的就是虛函數表指標，

通過這個指標可以擷取到該類對象的所有虛函數，包括父類的。

因為衍生類別會繼承基類的虛函數表，所以通過這個虛函數表，我們就可以知道該類對象的父類，在轉換的時候就可以用來判斷對象有無繼承關係。

　　所以虛函數對於正確的基類指標轉換為子類指標是非常重要的。

C++中static_cast和dynamic_cast強制類型轉換