17.C++类型转换

1. C语言中的类型转换

        在C语言中，如果赋值运算符左右两侧类型不同，或者形参与实参类型不匹配，或者返回值类型与接收返回值类型不一致时，就需要发生类型转换，C语言中共有两种形式的类型转换：隐式类型转换和显式类型转换。

1.隐式类型转换：编译器在编译阶段自动进行，能转就转，不能转就编译失败

2.显时类型转换：需要用户自己处理

缺陷：转换的可视性较差，所有的转换类型都是用一种相同的形式书写，难以跟踪错误的转换。

---

2. 为什么C++需要四种类型转换

 解决C风格类型转换的缺陷

C语言中的类型转换存在以下问题：

• 缺乏安全性检查：如父类指针强制转换为子类指针时，可能指向非子类对象，导致内存越界。
• 语义模糊：所有转换都用同一语法（如(int*)），难以区分不同场景（如常量性修改、类层次转换等），代码可读性差。
• 隐式风险：例如将const指针转为非const指针，可能导致未定义行为，但编译器不会警告。

C++要兼容C语言，所以C++还可以使用C语言的转换风格。

3. C++强制类型转换

通过四种专用操作符，限制转换场景并引入安全检查：

• static_cast：用于安全的隐式转换（如基本类型转换、类层次上行转换），禁止无关类型转换（如int*转double*）。
• dynamic_cast：在类层次下行转换时进行运行时类型检查（需父类有虚函数），失败返回nullptr或抛出异常，避免非法访问。
• const_cast：明确用于修改const或volatile属性，避免意外修改常量对象。
• reinterpret_cast：低级别位模式转换（如指针转整数），明确标识高风险操作。

3.1 static_cast

基本类型转换

double d = 3.14;
int i = static_cast<int>(d);  // 显式截断小数部分 

编译器隐式执行的任何类型转换都可用static_cast，但它不能用于两个不相关的类型进行转换

以下类型被视为相关类型（Related Types），可安全使用static_cast：

• 同一继承链的类（基类↔派生类）
• 基本数值类型互转（如int→double，float→long）
• 用户定义转换支持的类型（通过构造函数或operator重载）
• void*与其他对象指针（需显式指明目标类型）

什么叫不相关的类型：

• 无继承关系：不在同一个类层次结构中（非基类与派生类）。
• 无标准转换规则支持：无法通过隐式转换或用户定义的转换函数建立联系。
• 内存布局不兼容：类型的大小、对齐方式或二进制表示差异较大。

class A {};
class B {};
 
A* a = new A();
// B* b = static_cast<B*>(a);  // 编译错误：A与B无继承关系 

int x = 10;
int* p = &x;
// double* dp = static_cast<double*>(p);  // 编译错误：int*与double*无关联 

struct Vec3 { float x, y, z; };
// int n = static_cast<int>(Vec3{1,2,3});  // 编译错误：无用户定义的转换规则 

3.2 reinterpret_cast

用于将一种类型转换成另一种不同的类型：

int* p = new int(42);
uintptr_t addr = reinterpret_cast<uintptr_t>(p);  // 地址转整数 

3.3 const_cast

最常用的用途就是删除变量的const属性，方便赋值

const int x = 10;
int* px = const_cast<int*>(&x);  // 语法允许 
*px = 20;                        // 未定义行为！x可能存储在只读内存 

3.4 dynamic_cast

用于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（动态转换）

dynamic_cast 是 C++ 中**唯一依赖运行时类型信息（RTTI）的类型转换操作符，专用于处理 类层次结构中的多态类型安全转换。其核心逻辑为：

1. 运行时类型检查：通过查询对象的虚函数表（vtable）获取实际类型信息，验证目标类型是否与对象真实类型兼容。
2. 安全失败机制：若转换不合法（如父类对象并非目标子类实例），指针转换返回 nullptr，引用转换抛出 std::bad_cast 异常。
3. 多态性依赖：要求基类至少有一个虚函数（否则无法生成虚表，编译报错）。

class Animal { 
public:
    virtual ~Animal() {}  // 必须至少有一个虚函数 
};
class Dog : public Animal { 
public: 
    void bark() { /* 子类特有方法 */ } 
};
 
Animal* animal = new Dog();  // 多态指针 
Dog* dog = dynamic_cast<Dog*>(animal);  // 合法：animal实际指向Dog对象 
if (dog) dog->bark();  // 安全调用子类方法 

class A { virtual ~A() {} };
class B : public A {};
class C : public A {};
 
A* obj = new B();
C* c = dynamic_cast<C*>(obj);  // 返回nullptr，因obj实际是B类型 

A类对象obj并非C类实例，而是B类实例

转换类型	典型场景	安全检查	性能开销	使用频率
static_cast	类型关联明确的转换	编译期检查	无	⭐⭐⭐⭐
dynamic_cast	多态类型下行转换	运行时检查	较高	⭐⭐
const_cast	常量性/易变性修改	无	无	⭐
reinterpret_cast	底层内存重解释	无	无	⭐

---