C++动态与静态转换区别详解

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前言

在 C++ 中，dynamic_cast 和 static_cast 是两种不同的类型转换操作符，主要区别体现在类型检查的时机、安全性和适用场景上。以下是它们的核心区别：

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一、 类型检查的时机

• dynamic_cast：
  运行时检查。它会验证转换的合法性（比如指针或引用是否指向目标类型的有效对象）。如果转换非法，对指针返回 nullptr，对引用抛出 std::bad_cast 异常。
  要求类必须有虚函数（即多态类型），否则无法使用。

• static_cast：
  编译时检查。它信任开发者对类型安全的保证，不执行运行时检查。如果转换非法（比如无关类之间的转换），可能导致未定义行为（UB）。
  适用于编译时已知类型关系的场景。

二、安全性

• dynamic_cast：
  更安全，但需要运行时开销（RTTI）。
  主要用于多态类型的向下转型（downcast）或交叉转型（crosscast）。

• static_cast：
  不安全，但性能更高（无运行时开销）。
  需要开发者自行确保类型兼容性，否则可能导致错误。

三、适用场景

dynamic_cast 的典型用途

• 多态类型（有虚函数的类）的向下转型：

class Base { virtual void foo() {} };
class Derived : public Base {};

Base* ptr = new Derived;
Derived* derived_ptr = dynamic_cast<Derived*>(ptr); // 安全向下转型

• 处理继承层次中的交叉转换（如多重继承中的兄弟类转换）。

static_cast 的典型用途

• 基本类型的显式转换（如 double → int）：

double d = 3.14;
int i = static_cast<int>(d);

• 非多态类型的指针/引用转换（需确保类型兼容）：

Derived* d = new Derived;
Base* b = static_cast<Base*>(d); // 向上转型（安全，无需 dynamic_cast）

• 显式反向转换（如 void* → int*）：

void* vptr = some_address;
int* iptr = static_cast<int*>(vptr);

四、代码示例对比

向下转型（多态类型）

class Base { virtual void foo() {} }; // 必须有多态性（虚函数）
class Derived : public Base {};

Base* base_ptr = new Derived;

// 使用 dynamic_cast（安全，但需要虚函数）
Derived* derived_ptr1 = dynamic_cast<Derived*>(base_ptr); // 成功

// 使用 static_cast（不安全，但强制转换）
Derived* derived_ptr2 = static_cast<Derived*>(base_ptr); // 可能未定义行为（若实际类型不匹配）

class Base { virtual void foo() {} };
class Derived : public Base {};

Base* ptr = new Derived;
Derived* derived_ptr = dynamic_cast<Derived*>(ptr); // 安全向下转型

非多态类型转换

class A {};
class B : public A {};

A* a_ptr = new B;
B* b_ptr = static_cast<B*>(a_ptr);   // 编译通过，但无运行时检查
// B* b_ptr = dynamic_cast<B*>(a_ptr); // 错误：A 不是多态类型（无虚函数）

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总结

特性	dynamic_cast	static_cast
类型检查时机	运行时	编译时
安全性	高（失败返回 nullptr 或抛异常）	低（依赖开发者保证）
性能	有运行时开销（RTTI）	无开销
适用类型	多态类型（需虚函数）	任意类型（包括非多态）
典型用途	向下转型、交叉转型	基本类型转换、显式向上/向下转型

优先选择 static_cast，除非需要处理多态类型的不确定转换（此时用 dynamic_cast）。