C++中static_cast和dynamic_cast强制类型转换

1.static_cast关键字（编译时类型检查）

用法：

• static_cast < type-id > ( expression )，该运算符把expression转换为type-id类型，但没有运行时类型检查来保证转换的安全性

它主要有如下几种用法：

• （1）用于基本数据类型之间的转换，如把int转换为char，把int转换成enum，但这种转换的安全性需要开发者自己保证（这可以理解为保证数据的精度，即程序员能不能保证自己想要的程序安全），如在把int转换为char时，如果char没有足够的比特位来存放int的值（int>127或int<-127时），那么static_cast所做的只是简单的截断，及简单地把int的低8位复制到char的8位中，并直接抛弃高位。
• （2）把空指针转换成目标类型的空指针
• （3）把任何类型的表达式类型转换成void类型
• （4）用于类层次结构中父类和子类之间指针和引用的转换。

对于static_cast，上行转换时安全的，而下行转换时不安全的
因为static_cast的转换时粗暴的，它仅根据类型转换语句中提供的信息（尖括号中的类型）来进行转换，这种转换方式对于上行转换，由于子类总是包含父类的所有数据成员和函数成员，因此从子类转换到父类的指针对象可以没有任何顾虑的访问其（指父类）的成员。
而对于下行转换为什么不安全，是因为static_cast只是在编译时进行类型检查，没有运行时的类型检查，具体原理在dynamic_cast中说明。

2.dynamic_cast关键字（运行时类型检查）

用法：

【格式】dynamic_cast<type_id>(expression) :

该运算符把expression转换为type_id 类型， type_id 可以为类的指针、类的引用、void*，expression为对应的指针或引用.
1
2
3

• dynamic_cast是四个强制类型转换操作符中最特殊的一个，它支持运行时识别指针或引用。
• 首先，dynamic_cast依赖于RTTI信息，其次，在转换时，dynamic_cast会检查转换的source对象是否真的可以转换成target类型，
  这种检查不是语法上的，而是真实情况的检查。
• 若对指针进行dynamic_cast，失败返回nullptr，成功返回正常cast后的对象指针；
• 若对引用进行dynamic_cast，失败抛出一个异常，成功返回正常cast后的对象引用

dynamic_cast，主要用于类层次间的转换:

• 上行转换（子类转父类），转换安全，成功返回类对象指针, 此时和static_cast 作用一样。

• 下行转换（父类转子类）， 父类中要有虚函数，否则编译器报错。转换分几种情况：
  a. 父类指针指向子类对象，转换安全， dynamic_cast返回类对象指针。
  b.父类指针指向父类对象，转换不安全，dynamic_cast 返回nullptr。
  此时若使用static_cast, 返回非空指针，更不安全。

• eg：

#include 

using namespace std;

class A{
public:
    A(){}
    virtual void eat()
    {
        std::cout<<"A::eat()"<<std::endl;
    }

    void sing(){
        std::cout<<"A::sing()"<<std::endl;
    }
    ~A(){};
};

class B : public A{
public:
    B() {};
    void eat()
    {
        std::cout<<"B::eat()"<<std::endl;
    }
    void sing()
    {
        std::cout<<"B::sing()"<<std::endl;
    }
    ~B(){}
    int data;
};


int main()
{
    A* a= nullptr;
    B* b = nullptr;

    A aa;
    B bb;
    b = &bb;
    // 安全的向上转型
    a = dynamic_cast<A*>(b);
    a->sing();
    a->eat();
    std::cout<<"===="<<std::endl;
    // 向下转型，向下转型时，父类必须含有虚函数，否则编译报错
    //父类指针指向子类对象，这样的dynamic_cast向下转换才是安全的
    a = &bb;
    b = dynamic_cast<B*>(a);
    
    b->sing();//yes
    b->eat();//yes
    std::cout<<"===="<<std::endl;
    //父类指针指向父类对象，这样的dynamic_cast向下转换是不安全的
    a = &aa;
    b = dynamic_cast<B*>(a);
    if (b == nullptr)
    {
        std::cout<<"the call is not safe "<<std::endl;
    }
    b->sing();//yes
    b->eat();//Segmentation fault
    std::cout<<"===="<<std::endl;
    
    //static_cast不做类型检查，不返回nullptr，不安全
    b = static_cast<B*>(a);
    if (b == nullptr)
    {
        std::cout<<"second the call is not safe "<<std::endl;
    }

    b->sing();//yes
    b->eat();//居然调用的基类的eat，不对

    return 0;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78

• 测试：
  

• 参考：C++中static_cast和dynamic_cast强制类型转换，C++类型转换之dynamic_cast，C++强制类型转换操作符 dynamic_cast