[深入理解C++（一）]類型轉換（Type Casting）

[深入理解C++（一）]類型轉換（Type Casting）

羅朝輝 ( http://www.cnblogs.com/kesalin/ )CC許可，轉載請註明出處 

類型轉換就是將給定類型的運算式轉換為另一種類型。C++中的轉型可分為兩種：隱式類型轉換和顯式類型轉換。下面將詳細介紹這兩種轉型操作，以及各自的適用情境，潛在問題，最終將總結使用類型轉換操作應牢記的原則。

一，隱式類型轉換

隱式類型轉換是C中的遺留物，在C++中並不推薦使用（C++有專門的轉型操作符，見下文的顯式轉型）。將某種類型的對象拷貝到另一種不同類型的對象中時就會發生隱式轉型。比如異型賦值，傳回值（函式宣告的傳回值與代碼塊實際傳回值不同的情況下），按值傳遞異型參數等情況均會發生隱式類型轉換。

short a = 128;int b;b = a;

如上所示，short 類型的對象被賦值給 int 型的對象，這是C++語言內建支援的標準轉換。

情形一：標準轉換支援數實值型別，bool以及某些指標之間相互轉換。注意：某些轉換可能會導致精度丟失，比如從 long 轉換到 int。

情形二：可被單參調用（只有一個參數或多個參數但至少從第二個參數起均帶有預設值）的建構函式或隱式類型轉換操作符也會引起隱式類型轉換。比如：

class A {};class B{    public: B (A a) {}    public: B (int c, int d = 0);    public: operator double() const; };A a;B b1 = a;B b2 = 10;B b3;double d;d = 10 + b3;

上面的代碼裡就存在只帶有一個參數的建構函式，多個參數但至少從第二個參數起均帶有預設值以及使用者自訂類型轉換操作符這三種情況。

隱式類型轉換是件麻煩事，它們很可能導致錯誤或非預期的函數被調用（參看ME 條款5）；此外 C++ 也不能在一個轉換過程中連續進行多餘一次的使用者自訂轉換操作（即情形二中的轉換），如下所示：接上面的代碼，A （類型的對象，後略）可被隱式轉換為 B，B 可被隱式轉換為 C，但 A 卻非常不合邏輯地不可被隱式轉換為 C。

class C{    public: C(B b) {};}A a;C c;c = a; // 錯誤！

因此應該盡量避免隱式類型轉換，為此 C++ 提供了關鍵字 explicit 來規避可被單參調用的建構函式引起的隱式類型轉換。但標準轉換以及隱式類型轉換操作符引起的轉換隻能交由那些追求至善至美的程式員來小心處理了。當然 C++ 語言還是提供了必要的工具來輔助那些追求至善至美的程式員，這些工具就是下面要講的顯式類型轉換關鍵字：static_cast, const_cast, dynamic_cast 以及 reinterpret_cast。

 

二，顯式類型轉換

C++ 是一門強型別轉換，因此不同自訂類型之間的轉換必須進行顯式轉換，當然基礎資料類型也可以進行顯式轉換。

 short a = 10; int b; b = (int) a;    // c-like cast notation b = int (a);    // functional notation

以上是基礎資料類型之間進行傳統的強制類型轉換。這種強制類型轉換可以在兩種指向不同類型對象的指標之間進行，這很可能是相當危險的事情。所以 C++ 提供四種轉換操作符來細分顯式類型轉換：

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

static_cast

static_cast 很像 C 語言中的舊式類型轉換。它能進行基礎類型之間的轉換，也能將帶有可被單參調用的建構函式或使用者自訂類型轉換操作符的類型轉換，還能在存有繼承關係的類之間進行轉換（即可將基類轉換為子類，也可將子類轉換為基類），還能將 non-const對象轉換為 const對象（注意：反之則不行，那是const_cast的職責。）。

 double d = 3.14159265; int i = static_cast<int>(d); class A {}; class B {     public:      B (A a) {}; };  A a; B b = static_cast<B>(a); class CBase {}; class CDerived: public CBase {}; CBase * a = new CBase; CDerived * b = static_cast<CDerived *>(a);

注意：static_cast 轉換時並不進行運行時安全檢查，所以是非安全的，很容易出問題。因此 C++ 引入 dynamic_cast 來處理安全轉型。

dynamic_cast 

dynamic_cast 主要用來在繼承體系中的安全向下轉型。它能安全地將指向基類的指標轉型為指向子類的指標或引用，並獲知轉型動作成功是否。如果轉型失敗會返回null（轉型對象為指標時）或拋出異常（轉型對象為引用時）。dynamic_cast 會動用運行時資訊（RTTI）來進行型別安全檢查，因此 dynamic_cast 存在一定的效率損失。（我曾見過屬於最佳化代碼80/20法則中的20那一部分的一段遊戲代碼，起初使用的是 dynamic_cast，後來被換成 static_cast 以提升效率，當然這僅是權宜之策，並非好的設計。）

 class CBase { }; class CDerived: public CBase { }; CBase b; CBase* pb; CDerived d; CDerived* pd; pb = dynamic_cast<CBase*>(&d);     // ok: derived-to-base pd = dynamic_cast<CDerived*>(&b);  // error: base-to-derived

上面的代碼中最後一行 VS2010 會報如下錯誤：

error C2683: 'dynamic_cast' : 'CBase' is not a polymorphic type
IntelliSense: the operand of a runtime dynamic_cast must have a polymorphic class type

這是因為 dynamic_cast 只有在基類帶有虛函數的情況下才允許將基類轉換為子類。

 class CBase {    virtual void dummy() {} }; class CDerived: public CBase {     int a; };  int main () {    CBase * pba = new CDerived;    CBase * pbb = new CBase;    CDerived * pd1, * pd2;    pd1 = dynamic_cast<CDerived*>(pba);    pd2 = dynamic_cast<CDerived*>(pbb);   return 0; }

結果是：上面代碼中的 pd1 不為 null,而 pd2 為 null。

dynamic_cast 也可在 null 指標和指向其他類型的指標之間進行轉換，也可以將指向類型的指標轉換為 void 指標（基於此，我們可以擷取一個對象的記憶體起始地址 const void * rawAddress = dynamic_cast<const void *> (this);）。

const_cast

前面提到 const_cast 可去除對象的常量性（const），它還可以去除對象的易變性（volatile）。const_cast 的唯一職責就在於此，若將 const_cast 用於其他轉型將會報錯。

 void print (char * str) {   cout << str << endl; } int main () {   const char * c = " http://www.cppblog.com/kesalin/";   print ( const_cast<char *> (c) );   return 0; }

reinterpret_cast

reinterpret_cast 用來執行低級轉型，如將執行一個 int 的指標強轉為 int。其轉換結果與編譯平台息息相關，不具有可移植性，因此在一般的代碼中不常見到它。reinterpret_cast 常用的一個用途是轉換函式指標類型，即可以將一種類型的函數指標轉換為另一種類型的函數指標，但這種轉換可能會導致不正確的結果。總之，reinterpret_cast 只用於底層代碼，一般我們都用不到它，如果你的代碼中使用到這種轉型，務必明白自己在幹什麼。

 

三，typeid：擷取運算式的類型

typeid 定義在標準標頭檔<typeinfo>中，用於擷取運算式的類型，它返回一個資料類型或類名字的字串。當 typeid 用於自訂類型時，它使用 RTTI 資訊來擷取對象的動態類型。基於 typeid，我們可以構建出比較對象（動態）類型的操作。

 

四，使用原則：盡量避免類型轉換操作；優先使用 C++ 風格的轉型

1，鑒於類型轉換的隱蔽，不安全，易引起非預期的函數調用，對象切割等等諸多問題，應該盡量避免類型轉換操作。如使用 explicit 聲明可被單參調用的建構函式，按引用傳遞參數或傳回值，使用虛函數機制等等可避免類型轉換；

2，若類型轉換不可避免，優先使用 C++ 風格的新式類型轉換。C++ 風格的類型轉換一則易於辨識，二則有著其特有慣用手法，遵循這些慣用手法好處多多。

五，測驗：

class A {public :virtual ~A () {}}class B : private virtual A { }class C : public A {}class D : public B, public C {}

對於上述類，定義如下對象與引用：

A a1, B b1, C c1; D d1;const A a2;const A& ca1 = a1;const A& ca2 = a2;

下面四個賦值運算式都正確嗎？如果正確又分別對應哪一種 C++ 風格的轉換？
         A * pa; B * pb; C * pc;
（一）pa = (A*) & ca1;
（二）pa = (A*) & ca2;
（三）pb = (B*) & c1;
（四）pc = (C*) & d1;

 

引用：
1，<Effective C++> 條款 27
2，<More Effective C++> 條款 02
3，http://www.cplusplus.com/doc/tutorial/typecasting/