27：尽量少做转型动作

转型（cast）破坏了类型系统。那可能导致任何种类的麻烦，有些容易辨识，有些非常隐晦。

一、转型语法 

（一）不同风格的语法

 1.C风格语法

C风格的转型动作：

(T)expression//将expression转型为T 

2.函数风格语法

函数风格的转型动作：

 T(expression)//将expression转型为T 

这两种形式并无差别，存粹只是小括号的摆放位置不同而已。称这两种形式为“旧式转型”（old-style cast）。

3.C++风格语法 

C++提供的四种新式转型（常常被称为new-style或C++-style cast）：

1.const_cast(expression)

2.dynamic_cast(expression)

3.reinterpret_cast(expression)

4.static_cast(expression)

（二）C++风格语法详解 

上述四种转型方式各有不同的目的：

1.const_cast 

const_cast通常被用来将对象的常量性转除（cast away the constness）。它也是唯一有此能力的C++-style转型操作符。

2.dynamic_cast 

dynamic_cast主要用来执行“安全向下转型（safe downcasting）”，也就是用来决定某对象是否归属继承体系中的某个类型。它是唯一无法由旧式语法执行的动作，也是唯一可能耗费重大运行成本的转型动作。

3.reinterpret_cast 

reinterpret_cast意图执行低级转型，实际动作（及结果）可能取决于编译器，这也就表示它不可移植。例如，将一个pointer to int转型为一个int。

4.static_cast 

static_cast用来强迫隐式转换（implicit conversion），例如将non-const对象转为const对象，或将int转为double等等。它也可以用来执行上述多种转换的反向转换，例如将void*指针转为typed指针，将pointer-to-base转为pointer-to-derived。但它无法将const转为non-const——这个只有const_cast才办得到。

（三）尽量采用新式转型 

旧式转型仍然合法，但新式转型较受欢迎。原因是：

1.它们很容易在代码中被辨识出来（不论是人工辨识或使用工具如grep），因而得以简化“找出类型系统在哪个地点被破坏”的过程。

2.各转型动作的目标愈窄化，编译器愈可能诊断出错误的运用。例如若你打算将常量性去掉，除非使用新式转型中的const_cast否则无法通过编译。

二、转型的错误认识 

（一）转型做了某些动作 

某些程序员可能认为，转型其实什么都没做，只是告诉编译器把某种类型视为另一种类型。

这是错误的。任何一个类型转换（不论是通过转型操作而进行的显式转换，或通过编译器完成的隐式转换）往往真的令编译器编译出运行期间执行的码。

例如：

int x,y;
double d=static_cast<double>(x)/y;//x除以y，使用浮点数除法

 将int x转型为double几乎肯定会产生一些代码，因为在大部分计算器体系结构中，int的底层表述不同于double的底层表述。

又例如下面这个例子：

class Base{};
class Derived:public Base{};
Derived d;
Base* pb=&d;//隐喻地将Derived*转换为Base*

这里不过是建立一个base class指针指向一个derived class对象，但有时候上述的两个指针值并不相同。这种情况下会有个偏移量（offset）在运行期被施行于Derived*指针身上，用以取得正确的Base*指针值。

上个例子表明，单一对象（例如一个类型为Derived的对象）可能拥有一个以上的地址（例如“以Base*指向它”时的地址和“以Derived*”指向它时的地址。）实际上一旦使用多重继承，这事几乎一直发生着。即使在单一继承中也可能发生。

（二）不同语言的转型的适用性不同

另一件关于转型的事是：我们很容易写出某些似是而非的代码（在其他语言中也许真是对的）。

例如许多应用框架（appliciation framework）都要求derived class内的virtual函数代码的第一个动作就先调用base class的对应函数。假设有一个Window base class和一个SpecialWindow derived class，两者都定义了virtual函数onResize。进一步假设SpecialWindow的onResize函数被要求首先调用Window的onResize。

下面是实现方式之一，它看起来对，但实际上错：

class Window {
public:
	virtual void onResize(){}//base onResize实现代码
};
class SpecialWindow :public Window {
public:
	virtual void onResize() {//derived onResize实现代码
		static_cast(*this).onResize();//将*this转型为Window，
		                                     //然后调用其onResize，
											 //但这不可行
		//...//这里进行SpecialWindow专属行为
	}
};

上述程序将*this转型为Window，对函数onResize的调用也因此调用了Window::onResize。但实际上，他调用的并不是当前对象上的函数，而是稍早转型动作所建立的一个“*this对象的base class成分”的暂时副本身上的onResize。它不是在当前对象身上调用Window::onResize之后又在该对象身上执行SpecialWindow专属动作。它是在“当前对象的base class成分”的副本调用Window::onResize，然后在当前对象身上执行SpecialWindow专属动作。若Window::onResize修改了对象内容，当前对象其实没被改动，改动的是其副本。然而，若SpecialWindow::onResize内也修改对象，当前对象真的被改动。这将使当前对象进入一种“伤残”状态：其base class成分的更改没有落实，而derived class成分的更改落实了。

解决上述问题的方法是拿掉转型动作：

class SpecialWindow:public Window{
public:
    virtual void onResize(){
        Window::onResize();//调用Window::onResize作用于*this
    }
};

三、daynamic_cast探明

在探究dynamic_cast设计意涵之前，值得注意的是，dynamic_cast的许多实现版本执行速度相当慢。

例如，至少有一个很普遍的实现版本基于“class名称的字符串比较”,若你在四层深的单继承体系内的某个对象身上执行dynamic_cast，刚才说的那个实现版本所提供的每一次dynamic_cast可能会耗用多达四次的strcmp调用，用以比较class名称。深度继承或多重继承的成本更高。某些实现版本这样做有其原因（它们必须支持动态连接）。然而还是要强调，除了对一般转型保持机敏与猜疑，更应该注重效率的代码中对dynamic_cast保持机敏与猜疑。

之所以需要dynamic_cast，通常是因为你想在一个你认定为derived class对象身上执行derived class操作函数，但你的手上只有一个“指向base”的pointer或reference，你只能靠它们来处理对象。

有两个一般性做法可以避免这个问题。

（一）方法 

1.方法一

使用容器并在其中存储直接指向derived class对象的指针（通常是智能指针），如此便消除了“通过base class接口处理对象”的需要。

例如，假设先前的Window/SpecialWindow继承体系中只有SpecialWindow才支持闪烁效果，试着不要这样做：

class Window{};
class SpecialWindow :public Window {
public:
	void blink() {};
};
typedef std::vector> VPW;
 
int main()
{
	VPW winptrs;
	for (VPW::iterator iter = winptrs.begin(); iter != winptrs.end(); ++iter)
	{
		//不希望使用dynamic_cast
		if (SpecialWindow* psw = dynamic_cast(iter->get()))
			psw->blink();
	}
 	return 0;
}

 应该这样做：

class Window{};
class SpecialWindow :public Window {
public:
	void blink() {};
};
typedef std::vector> VSPW;
 
int main()
{
	VSPW winptrs;
	for (VSPW::iterator iter = winptrs.begin(); iter != winptrs.end(); ++iter)
	{
		//不使用dynamic_cast
		(*iter)->blink();
	}
 	return 0;
}

这种做法使你无法在同一个容器内存储指针“指向所有可能的各种Window派生类”。若真要处理多种窗口类型，你可能需要多个容器，它们都必须具备类型安全性（type-safe）。

2.方法二

第二种做法可让你通过base class接口处理“所有可能的各种Window派生类”。那就是在base class内提供virtual函数做你想对各个Window派生类做的事。

例如，虽然只有SpecialWindow可以闪烁，但或许将闪烁函数声明于base class内并提供一份“什么也没做”的缺省实现码是有意义的：

class Window{
public:
	virtual void blink(){}//缺省实现代码，
	//但在后面的章节会告诉你为什么缺省实现代码可能是个馊主意
};
class SpecialWindow :public Window {
public:
	virtual void blink() {};
};
typedef std::vector> VPW;
 
int main()
{
	VPW winptrs;
	for (VPW::iterator iter = winptrs.begin(); iter != winptrs.end(); ++iter)
	{
		//注意，这里没有dynamic_cast
		(*iter)->blink();
	}
 	return 0;
}

无论哪一种写法，都并非适用于所有情况，但在许多情况下它们都提供一个可行的dynamic_cast替代方案。

 （二）必须避免连串（cascading）dynamic_cast

绝对必须避免的一件事是所谓“连串（cascading）dynamic_cast”，也就是下述代码：

class Window{};
class SpecialWindow1 :public Window {
public:
	void blink() {};
};
class SpecialWindow2 :public Window {
public:
	void blink() {};
};
class SpecialWindow3 :public Window {
public:
	void blink() {};
};
typedef std::vector> VPW;
 
int main()
{
	VPW winptrs;
	for (VPW::iterator iter = winptrs.begin(); iter != winptrs.end(); ++iter)
	{
		if(SpecialWindow1* psw1=dynamic_cast(iter->get())){}
		if (SpecialWindow2* psw2 = dynamic_cast(iter->get())) {}
		if (SpecialWindow3* psw3 = dynamic_cast(iter->get())) {}
 
	}
 	return 0;
}

这样产生出来的代码又大又慢，而且基础不稳，因为每次Window class继承体系一有改变，所有这一类代码都必须再次检阅看看是否需要修改。

例如，一旦加入新的derived class，或许上述连串判断中需要加入新的条件分支。这样的代码应该总是以某些“基于virtual函数调用”的东西取而代之。

就像面对众多蹊跷可疑的构造函数一样，我们应该尽可能隔离转型动作，通常是把它隐藏在某个函数内，函数的接口会保护调用者不受函数内部任何肮脏龌龊的动作影响。

四、总结

1.若可以，尽量避免转型，特别是在注重效率的代码中避免dynamic_cast。若有个设计需要转型动作，试着发展无需转型的替代设计。

2.若转型是必要的，试着将它隐藏于某个函数背后。客户随后可以调用该函数，而不需将转型放进他们自己的代码内。

3.宁可使用C++-style（新式）转型，不要使用旧式转型。前者很容易辨识出来，而且也比较有着分门别类的职掌。