1. static_cast

1.1 static_cast語法

static_cast< new_type >(expression)

備注：new_type為目標(biāo)數(shù)據(jù)類型，expression為原始數(shù)據(jù)類型變量或者表達(dá)式。

C風(fēng)格寫法：

double scores = 96.5;
int n = (int)scores;

C++ 新風(fēng)格的寫法為：

double scores = 96.5;
int n = static_cast<int>(scores);

1.2 為什么要有static_cast等

隱式類型轉(zhuǎn)換是安全的，顯式類型轉(zhuǎn)換是有風(fēng)險(xiǎn)的，C語言之所以增加強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換的語法，就是為了強(qiáng)調(diào)風(fēng)險(xiǎn)，讓程序員意識(shí)到自己在做什么。

但是，這種強(qiáng)調(diào)風(fēng)險(xiǎn)的方式還是比較粗放，粒度比較大，它并沒有表明存在什么風(fēng)險(xiǎn)，風(fēng)險(xiǎn)程度如何。

為了使?jié)撛陲L(fēng)險(xiǎn)更加細(xì)化，使問題追溯更加方便，使書寫格式更加規(guī)范，C++ 對(duì)類型轉(zhuǎn)換進(jìn)行了分類，并新增了四個(gè)關(guān)鍵字來予以支持，它們分別是：

1.2 static_cast的作用

static_cast相當(dāng)于傳統(tǒng)的C語言里的強(qiáng)制轉(zhuǎn)換，該運(yùn)算符把expression轉(zhuǎn)換為new_type類型，用來強(qiáng)迫隱式轉(zhuǎn)換如non-const對(duì)象轉(zhuǎn)為const對(duì)象，編譯時(shí)檢查，用于非多態(tài)的轉(zhuǎn)換，可以轉(zhuǎn)換指針及其他，但沒有運(yùn)行時(shí)類型檢查來保證轉(zhuǎn)換的安全性。它主要有如下幾種用法：

風(fēng)險(xiǎn)較低的用法：

• 原有的自動(dòng)類型轉(zhuǎn)換，例如 short 轉(zhuǎn) int、int 轉(zhuǎn) double、const 轉(zhuǎn)非 const、向上轉(zhuǎn)型等；
• void 指針和具體類型指針之間的轉(zhuǎn)換，例如void *轉(zhuǎn)int *、char *轉(zhuǎn)void *等；
• 有轉(zhuǎn)換構(gòu)造函數(shù)或者類型轉(zhuǎn)換函數(shù)的類與其它類型之間的轉(zhuǎn)換，例如 double 轉(zhuǎn) Complex（調(diào)用轉(zhuǎn)換構(gòu)造函數(shù)）、Complex 轉(zhuǎn) double（調(diào)用類型轉(zhuǎn)換函數(shù)）。

需要注意的是，static_cast 不能用于無關(guān)類型之間的轉(zhuǎn)換，因?yàn)檫@些轉(zhuǎn)換都是有風(fēng)險(xiǎn)的，例如：

• 兩個(gè)具體類型指針之間的轉(zhuǎn)換，例如int *轉(zhuǎn)double *、Student *轉(zhuǎn)int *等。不同類型的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式不一樣，長(zhǎng)度也不一樣，用 A 類型的指針指向 B 類型的數(shù)據(jù)后，會(huì)按照 A 類型的方式來處理數(shù)據(jù)：如果是讀取操作，可能會(huì)得到一堆沒有意義的值；如果是寫入操作，可能會(huì)使 B 類型的數(shù)據(jù)遭到破壞，當(dāng)再次以 B 類型的方式讀取數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)得到一堆沒有意義的值。
• int 和指針之間的轉(zhuǎn)換。將一個(gè)具體的地址賦值給指針變量是非常危險(xiǎn)的，因?yàn)樵摰刂飞系膬?nèi)存可能沒有分配，也可能沒有讀寫權(quán)限，恰好是可用內(nèi)存反而是小概率事件。

1.3 static_cast用法

#include <iostream>
#include <cstdlib>
using namespace std;
class Complex{
public:
    Complex(double real = 0.0, double imag = 0.0): m_real(real), m_imag(imag){ }
public:
    operator double() const { return m_real; }  //類型轉(zhuǎn)換函數(shù)
private:
    double m_real;
    double m_imag;
};
int main(){
    //下面是正確的用法
    int m = 100;
    Complex c(12.5, 23.8);
    long n = static_cast<long>(m);  //寬轉(zhuǎn)換，沒有信息丟失
    char ch = static_cast<char>(m);  //窄轉(zhuǎn)換，可能會(huì)丟失信息
    int *p1 = static_cast<int*>( malloc(10 * sizeof(int)) );  //將void指針轉(zhuǎn)換為具體類型指針
    void *p2 = static_cast<void*>(p1);  //將具體類型指針，轉(zhuǎn)換為void指針
    double real= static_cast<double>(c);  //調(diào)用類型轉(zhuǎn)換函數(shù)
   
    //下面的用法是錯(cuò)誤的
    float *p3 = static_cast<float*>(p1);  //不能在兩個(gè)具體類型的指針之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換
    p3 = static_cast<float*>(0X2DF9);  //不能將整數(shù)轉(zhuǎn)換為指針類型
    return 0;
}

2. dynamic_cast

2.1 dynamic_cast 語法

dynamic_cast <newType> (expression)

newType 和 expression 必須同時(shí)是指針類型或者引用類型。換句話說，dynamic_cast 只能轉(zhuǎn)換指針類型和引用類型，其它類型（int、double、數(shù)組、類、結(jié)構(gòu)體等）都不行。

對(duì)于指針，如果轉(zhuǎn)換失敗將返回 NULL；對(duì)于引用，如果轉(zhuǎn)換失敗將拋出std::bad_cast異常。

2.2 dynamic_cast 用法

dynamic_cast 用于在類的繼承層次之間進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換，它既允許向上轉(zhuǎn)型（Upcasting），也允許向下轉(zhuǎn)型（Downcasting）。向上轉(zhuǎn)型是無條件的，不會(huì)進(jìn)行任何檢測(cè)，所以都能成功；向下轉(zhuǎn)型的前提必須是安全的，要借助 RTTI 進(jìn)行檢測(cè)，所有只有一部分能成功。

dynamic_cast 與 static_cast 是相對(duì)的，dynamic_cast 是“動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換”的意思，static_cast 是“靜態(tài)轉(zhuǎn)換”的意思。dynamic_cast 會(huì)在程序運(yùn)行期間借助 RTTI 進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換，這就要求基類必須包含虛函數(shù)；static_cast 在編譯期間完成類型轉(zhuǎn)換，能夠更加及時(shí)地發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤。

2.3 dynamic_cast 實(shí)例

2.3.1 向上轉(zhuǎn)型（Upcasting）

向上轉(zhuǎn)型時(shí)，只要待轉(zhuǎn)換的兩個(gè)類型之間存在繼承關(guān)系，并且基類包含了虛函數(shù)（這些信息在編譯期間就能確定），就一定能轉(zhuǎn)換成功。因?yàn)橄蛏限D(zhuǎn)型始終是安全的，所以 dynamic_cast 不會(huì)進(jìn)行任何運(yùn)行期間的檢查，這個(gè)時(shí)候的 dynamic_cast 和 static_cast 就沒有什么區(qū)別了。

「向上轉(zhuǎn)型時(shí)不執(zhí)行運(yùn)行期檢測(cè)」雖然提高了效率，但也留下了安全隱患，請(qǐng)看下面的代碼：

#include <iostream>
#include <iomanip>
using namespace std;
class Base{
public:
    Base(int a = 0): m_a(a){ }
    int get_a() const{ return m_a; }
    virtual void func() const { }
protected:
    int m_a;
};

class Derived: public Base{
public:
    Derived(int a = 0, int b = 0): Base(a), m_b(b){ }
    int get_b() const { return m_b; }
private:
    int m_b;
};

int main(){
    //情況①
    Derived *pd1 = new Derived(35, 78);
    Base *pb1 = dynamic_cast<Derived*>(pd1);
    cout<<"pd1 = "<<pd1<<", pb1 = "<<pb1<<endl;
    cout<<pb1->get_a()<<endl;
    pb1->func();
    //情況②
    int n = 100;
    Derived *pd2 = reinterpret_cast<Derived*>(&n);
    Base *pb2 = dynamic_cast<Base*>(pd2);
    cout<<"pd2 = "<<pd2<<", pb2 = "<<pb2<<endl;
    cout<<pb2->get_a()<<endl;  //輸出一個(gè)垃圾值
    pb2->func();  //內(nèi)存錯(cuò)誤
    return 0;
}

運(yùn)行結(jié)果如下

可以看到pd1與pb1的地址相同，且pb1可以正常調(diào)用Base類的方法

對(duì)于情況②

pd 2指向的是整型變量 n，并沒有指向一個(gè) Derived 類的對(duì)象，在使用 dynamic_cast 進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換時(shí)也沒有檢查這一點(diǎn)（因?yàn)橄蛏限D(zhuǎn)型始終是安全的，所以 dynamic_cast 不會(huì)進(jìn)行任何運(yùn)行期間的檢查）

而是將 pd 的值直接賦給了 pb（這里并不需要調(diào)整偏移量），最終導(dǎo)致 pb 也指向了 n。因?yàn)?pb 指向的不是一個(gè)對(duì)象，所以get_a()得不到 m_a 的值（實(shí)際上得到的是一個(gè)垃圾值），pb2->func()也得不到 func() 函數(shù)的正確地址。

運(yùn)行結(jié)果如下

簡(jiǎn)單來說就是向上轉(zhuǎn)型是不檢查的，所以大家得知道自己在做什么，不能隨意的轉(zhuǎn)換

2.3.2 向下轉(zhuǎn)型（Downcasting）

向下轉(zhuǎn)型是有風(fēng)險(xiǎn)的，dynamic_cast 會(huì)借助 RTTI 信息進(jìn)行檢測(cè)，確定安全的才能轉(zhuǎn)換成功，否則就轉(zhuǎn)換失敗。

下面看一個(gè)例子

#include <iostream>
using namespace std;
class A{
public:
    virtual void func() const { cout<<"Class A"<<endl; }
private:
    int m_a;
};
class B: public A{
public:
    virtual void func() const { cout<<"Class B"<<endl; }
private:
    int m_b;
};
class C: public B{
public:
    virtual void func() const { cout<<"Class C"<<endl; }
private:
    int m_c;
};
class D: public C{
public:
    virtual void func() const { cout<<"Class D"<<endl; }
private:
    int m_d;
};
int main(){
    A *pa = new A();
    B *pb;
    C *pc;
   
    //情況①
    pb = dynamic_cast<B*>(pa);  //向下轉(zhuǎn)型失敗
    if(pb == NULL){
        cout<<"Downcasting failed: A* to B*"<<endl;
    }else{
        cout<<"Downcasting successfully: A* to B*"<<endl;
        pb -> func();
    }
    pc = dynamic_cast<C*>(pa);  //向下轉(zhuǎn)型失敗
    if(pc == NULL){
        cout<<"Downcasting failed: A* to C*"<<endl;
    }else{
        cout<<"Downcasting successfully: A* to C*"<<endl;
        pc -> func();
    }
   
    cout<<"-------------------------"<<endl;
   
    //情況②
    pa = new D();  //向上轉(zhuǎn)型都是允許的
    pb = dynamic_cast<B*>(pa);  //向下轉(zhuǎn)型成功
    if(pb == NULL){
        cout<<"Downcasting failed: A* to B*"<<endl;
    }else{
        cout<<"Downcasting successfully: A* to B*"<<endl;
        pb -> func();
    }
    pc = dynamic_cast<C*>(pa);  //向下轉(zhuǎn)型成功
    if(pc == NULL){
        cout<<"Downcasting failed: A* to C*"<<endl;
    }else{
        cout<<"Downcasting successfully: A* to C*"<<endl;
        pc -> func();
    }
   
    return 0;
}

運(yùn)行結(jié)果

可以看到，前兩次轉(zhuǎn)換失敗，但是后兩次轉(zhuǎn)換成功

這段代碼中類的繼承順序?yàn)椋篈 --> B --> C --> D。pa 是A*類型的指針，當(dāng) pa 指向 A 類型的對(duì)象時(shí)，向下轉(zhuǎn)型失敗，pa 不能轉(zhuǎn)換為B*或C*類型。當(dāng) pa 指向 D 類型的對(duì)象時(shí)，向下轉(zhuǎn)型成功，pa 可以轉(zhuǎn)換為B*或C*類型。同樣都是向下轉(zhuǎn)型，為什么 pa 指向的對(duì)象不同，轉(zhuǎn)換的結(jié)果就大相徑庭呢？

因?yàn)槊總€(gè)類都會(huì)在內(nèi)存中保存一份類型信息，編譯器會(huì)將存在繼承關(guān)系的類的類型信息使用指針“連接”起來，從而形成一個(gè)繼承鏈（Inheritance Chain），也就是如下圖所示的樣子：

當(dāng)使用 dynamic_cast 對(duì)指針進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換時(shí)，程序會(huì)先找到該指針指向的對(duì)象，再根據(jù)對(duì)象找到當(dāng)前類（指針指向的對(duì)象所屬的類）的類型信息，并從此節(jié)點(diǎn)開始沿著繼承鏈向上遍歷，如果找到了要轉(zhuǎn)化的目標(biāo)類型，那么說明這種轉(zhuǎn)換是安全的，就能夠轉(zhuǎn)換成功，如果沒有找到要轉(zhuǎn)換的目標(biāo)類型，那么說明這種轉(zhuǎn)換存在較大的風(fēng)險(xiǎn)，就不能轉(zhuǎn)換。

所以在第二種方式中，pa實(shí)際上是指向的D，于是程序順著D開始向上找，找到了B和C,于是認(rèn)定是安全的，所以轉(zhuǎn)換成功

總起來說，dynamic_cast 會(huì)在程序運(yùn)行過程中遍歷繼承鏈，如果途中遇到了要轉(zhuǎn)換的目標(biāo)類型，那么就能夠轉(zhuǎn)換成功，如果直到繼承鏈的頂點(diǎn)（最頂層的基類）還沒有遇到要轉(zhuǎn)換的目標(biāo)類型，那么就轉(zhuǎn)換失敗。對(duì)于同一個(gè)指針（例如 pa），它指向的對(duì)象不同，會(huì)導(dǎo)致遍歷繼承鏈的起點(diǎn)不一樣，途中能夠匹配到的類型也不一樣，所以相同的類型轉(zhuǎn)換產(chǎn)生了不同的結(jié)果。

3. 參考鏈接

http://c.biancheng.net/cpp/biancheng/view/3297.html

https://blog.csdn.net/u014624623/article/details/79837849
https://www.cnblogs.com/wanghongyang/ 【本文博客】

到此這篇關(guān)于淺析C++中dynamic_cast和static_cast實(shí)例演示的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++中dynamic_cast與static_cast內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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