【C++练级之路】【Lv.26】类型转换

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一、C风格类型转换

1.1 隐式类型转换

隐式类型转换（Implicit Type Conversion），又称自动类型转换，由编译器在编译阶段自动进行，能转就转，不能转就编译失败。

常见的隐式类型转换包括：

• 赋值运算符中的类型转换：例如从 int 赋值转换为 double。
• 算术运算符中的类型转换： 例如 int 与 long 进行运算，会被提升为 long 。同时，超出类型的表示范围，会进行符号扩展或截断。
• 函数调用中的类型转换：实参与形参类型不匹配，会尝试转换为与形参匹配的类型。
• 布尔值中的类型转换：对于数值类型，非零值转换为 true ,零值转换为 false ；对于指针类型，非空指针转换为 true ,空指针转换为 false 。
• 指针中的类型转换：指针可以隐式转换为 void* 类型。数组名会被转换为指向数组第一个元素的指针，函数名会被转换为指向该函数的指针。

void func(double d){}

void test()
{
	int i = 1;
	double d = i;//赋值运算符
	double ret = i + d;//算术运算符
	func(i);//函数调用
	void* p = &i;//指针
}

1.2 显式类型转换

显式类型转换（Explicit Type Conversion），又称为强制类型转换，需要程序员显式地指定转换方式。

格式：(type)expression

void test()
{
	int i = 1;
	double d = (double)i;
}

二、C++风格类型转换

2.1 static_cast

格式：static_cast(expression)

用于非多态类型的转换（静态转换），并且只适用相近类型之间的转换，对应C的隐式类型转换，例如基本数据类型之间的转换。

void test()
{
	int i = 1;
	double d = static_cast<double>(i);//静态转换，相近类型
	int* pi = &i;
	void* p = static_cast<void*>(pi);
}

2.2 dynamic_cast

格式：dynamic_cast(expression)

用于多态类型的转换（动态转换），并且用于向下转型：将一个父类对象的指针/引用转换为子类对象的指针或引用。

ps：向上转型，没有类型转换，属于赋值兼容规则。

class A
{
public:
	virtual void f(){}

	int _a = 1;
};

class B :public A
{
public:
	virtual void f(){}

	int _b = 2;
};

void test()
{
	B b;
	A a = b;
	A& ra = b;//此处没有隐式类型转换

	double d = 3.14;
	const int& ri = d;//此处有隐式类型转换
}

由于类型转换后的临时对象具有常性，所以要用常引用。而向上转型（切片）不用常引用，所以没有发生类型转换。

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dynamic_cast 在运行时检查转换是否有效。如果转换无效，则指针类型返回空指针 nullptr，引用类型抛出异常 std::bad_cast。

void func(A* pa)
{
	//B* p = (B*)pa;//直接向下转换，如果指向父类，则存在越界风险
	B* p = dynamic_cast<B*>(pa);
	if (p)
	{
		p->_a++;
		p->_b++;
	}
	else
	{
		cout << "转换失败" << endl;
	}
}

void test()
{
	B b;
	A a = b;
	func(&a);
	func(&b);
}

直接向下转换，如果指向父类，则存在越界风险。运用 dynamic_cast 则可安全地进行向下转型。

2.3 const_cast

格式：const_cast(expression)

用于修改对象的常量属性，可添加或移除变量的 const 或 volatile 属性。

void test()
{
	const int a = 2;
	int* p = const_cast<int*>(&a);
	*p = 3;
	
	cout << a << endl;
	cout << *p << endl;

	cout << &a << endl;
	cout << p << endl;
}

通过打印可以发现，a的值依旧为2，而*p的值为3，并且它们的地址相同。这是为什么呢？其实，编译器在这里做了优化，常变量a会被放进寄存器或者直接替换。

这时我们可以加上 volatile 关键字，其作用是阻止编译器对标记的变量进行某些优化。

void test()
{
	volatile const int a = 2;
	int* p = const_cast<int*>(&a);
	*p = 3;
	
	cout << a << endl;
	cout << *p << endl;

	//cout << &a << endl;
	printf("%p\n", &a);
	cout << p << endl;
}

此时还有一个问题，那就是用 volatile 修饰的变量类型无法和参数为 void* 的 operator<< 函数匹配，从而会匹配到不合适的重载函数，输出错误的地址值。所以，此处我们用 printf 进行打印即可。

2.4 reinterpret_cast

格式：reinterpret_cast(expression)

为操作数的位模式提供较低层次的重新解释。用于不相近类型之间的转换，对应C的显式类型转换。

void test()
{
	int i = 1;
	int* p = &i;
	//double* p1 = static_cast(i);//error
	double* p2 = reinterpret_cast<double*>(i);
	//double* p3 = static_cast(p);//error
	double* p4 = reinterpret_cast<double*>(p);
}

三、RTTI

RTTI（Run-Time Type Identification）是C++语言中的一个特性，它允许程序在运行时确定对象的实际类型。

3.1 typeid

用于打印变量的类型。

void test()
{
	auto f = [](int x, int y){return x + y;};
	cout << typeid(f).name() << endl;
}

3.2 dynamic_cast

class Base
{};
class Derive :public Base
{};

void func(Base* pb)
{
	Derive* pd = dynamic_cast<Derive*>(pb);
}

3.3 decltype

可将变量的类型提取，作为参数传递。

void test()
{
	int x = 1;
	double y = 2.0;

	auto ret = x * y;
	vector<decltype(ret)> v;
}

总结

C风格的类型转换，将不同类型的转换混在一起，不够清晰，可视性差，难以跟踪错误的转换。所以我们推荐使用C++的类型转换，加强类型转换的可视性，提高代码的可读性与可维护性。

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一般来说：

• 使用 static_cast 进行相近类型的转换。
• 使用 dynamic_cast 在运行时进行多态类型检查。
• 使用 const_cast 移除或添加常量性。
• 使用 reinterpret_cast 进行不相近类型的转换。

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