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【C++】类型转换

news 来源：原创 2024/4/25 18:34:32

🌠 作者：@阿亮joy.
🎆专栏：《吃透西嘎嘎》
🎇 座右铭：每个优秀的人都有一段沉默的时光，那段时光是付出了很多努力却得不到结果的日子，我们把它叫做扎根

👉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，就需要发生类型转化，C语言中总共有两种形式的类型转换：隐式类型转换和显式类型转换。

隐式类型转化：编译器在编译阶段自动进行，能转就转，不能转就编译失败。
显式类型转化：需要用户自己处理。
隐式类型转化是针对意义相近的类型，而显示的强制类型转换是针对意义不相近的类型，值转换后需要有意义。

void Test()
{
	int i = 1;
	// 隐式类型转换
	double d = i;
	printf("%d, %.2f\n", i, d);
	int* p = &i;
	// 显示的强制类型转换
	int address = (int)p;
	printf("%x, %d\n", p, address);
}

缺陷：转换的可视性比较差，所有的转换形式都是以一种相同形式书写，难以跟踪错误的转换。

👉为什么C++需要四种类型转换👈

C 语言的转换格式很简单，但是有不少缺点的：1. 隐式类型转化有些情况下可能会出问题：比如数据精度丢失。2. 显式类型转换将所有情况混合在一起，代码不够清晰。

因此 C++ 提出了自己的类型转化风格，注意因为 C++ 要兼容 C 语言，所以 C++ 中还可以使用 C 语言的转化风格。

👉C++强制类型转换👈

C++ 为了加强类型转换的可视性，引入了四种命名的强制类型转换操作符：static_cast、reinterpret_cast、const_cast 和 dynamic_cast。

static_cast

static_cast 用于非多态类型的转换（静态转换），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。

int main()
{
	double d = 12.34;
	int a = static_cast<int>(d);	// 相近类型之间的转换
	cout << a << endl;

	int* p = &a;
	//int address = static_cast<int>(p);	// static_cast不能用于意义不相近的类型

	return 0;
}

reinterpret_cast

reinterpret_cast 操作符通常为操作数的位模式提供较低层次的重新解释，用于将一种类型转换为另一种不同的类型。

int main()
{
	double d = 12.34;
	int a = static_cast<int>(d);
	cout << a << endl;
	// 这里使用static_cast会报错，应该使用reinterpret_cast
	//int *p = static_cast<int*>(a);
	int* p = reinterpret_cast<int*>(a);
	
	return 0;
}

const_cast

const_cast 最常用的用途就是删除变量的 const 属性，方便赋值，其对应的是 C 语言的强制类型转换。

int main()
{
	const int a = 2;
	//int* p = reinterpret_cast<int*>(&a); // 编译报错
	int* p = const_cast<int*>(&a);
	*p = 3;

	cout << a << endl;	// 2
	cout << *p << endl;	// 3
	cout << &a << endl;
	cout << p << endl;

	return 0;
}

在这里插入图片描述
为什么上图的地址一样，数据却不一样呢？对于 const 修饰的变量，编译器认为其不会被修改，为了提高效率将其加载到寄存器中。所以第一个打印的 2 是在寄存器中取的，而第二个打印的 3 是在去内存中取的。

如果想要第一个打印的值也是 3 的话，可以加上 volatile 关键字修饰 const 变量 a，这样它就不会被加载到寄存器中了，每次取数据都会去内存中取。

在这里插入图片描述

dynamic_cast

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)

向上转化：子类对象指针 / 引用转换成父类指针 / 引用，不需要转换，赋值兼容规则
向下转型：父类对象指针 / 引用转换成子类指针 / 引用需要使用 dynamic_cast，dynamic_cast 转换是安全的

注意：
1. dynamic_cast 只能用于父类含有虚函数的类
2. dynamic_cast 会先检查是否能转换成功，能成功转换则返回正确的地址，不能则返回 nullptr

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

class B : public A
{};

int main()
{
	int i = 0;
	double d = i;

	// 隐式类型转换会产生临时对象,临时对象具有常性
	const double& r1 = i;
	const double& r1 = static_cast<double>(i);

	// 不存在隐式类型转换,不产生临时对象
	A a;
	B b;
	a = b;

	return 0;
}

class A
{
public:
	virtual void f() {}
	int _a = 0;
};

class B : public A
{
public:
	int _b = 1;
};

// pa有可能指向父类,也可能指向子类
// 如果pa指向父类,dynamic_cast会转化失败,返回nuptr
// 如果pa指向子类,dynamic_cast会将pa转化成指向原来的子类
void fun(A* pa)
{
	// dynamic_cast会先检查是否能转换成功，能成功则转换，不能则返回nullptr
	B* pb = dynamic_cast<B*>(pa);
	if (pb)
	{
		cout << "转换成功" << endl;
		pb->_a++;
		pb->_b++;
		cout << pb->_a << ":" << pb->_b << endl;
	}
	else
	{
		cout << "转换失败" << endl;
		pa->_a++;
		cout << pa->_a << endl;
	}
}

int main()
{
	A a;
	B b;
	// 父类对象无论如何都是不能转换成子类对象的
	fun(&a);
	fun(&b);
}

在这里插入图片描述

如果采用 C 语言的强制类型转换，不管 pa 指向父类还是子类，都能够转换成功，这样就会存在越界访问的风险了。

在这里插入图片描述

注：使用 dynamic_cast 时，父类必须要有虚函数，否则会编译报错。

class A1
{
public:
	virtual void f() {}
	int _a1 = 0;
};

class A2
{
public:
	virtual void f() {}
	int _a2 = 0;
};

class B : public A1, public A2
{
public:
	int _b = 1;
};

int main()
{
	B b;
	A1* ptr1 = &b;
	A2* ptr2 = &b;

	cout << ptr1 << endl;
	cout << ptr2 << endl;

	B* pb1 = (B*)ptr1;
	B* pb2 = dynamic_cast<B*>(ptr2);
	cout << pb1 << endl;
	cout << pb2 << endl;


	B* pb3 = dynamic_cast<B*>(ptr1);
	B* pb4 = dynamic_cast<B*>(ptr2);
	cout << pb3 << endl;
	cout << pb4 << endl;

	return 0;
}

在这里插入图片描述

注：在多继承中，C 语言的强制类型转换也会发生指针偏移。

注意
强制类型转换关闭或挂起了正常的类型检查，每次使用强制类型转换前，应该仔细考虑是否还有其他不同的方法达到同一目的，如果非强制类型转换不可，则应限制强制转换值的作用域，以减少发生错误的机会。强烈建议：避免使用强制类型转换。

👉RTTI（了解）👈

RTTI：Run-time Type identification 的简称，即：运行时类型识别。C++ 通过以下方式来支持 RTTI：typeid 运算符、dynamic_cast 运算符和 decltype。typeid 可以拿到变量对应类型的字符串；dynamic_cast 可以识别父类的指针是指向父类对象还是子类对象；decltype 可以推导一个对象的类型，并用该类型来定义对象。