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你该知道的C++四种显示类型转换

多才叭叭讲知识 378

前言:

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在C语言中,我们需要做类型转换时,常常就是简单粗暴,在C++中也可以用C式强制类型转换,但是C++有它自己的一套类型转换方式。

C式的显示类型转换

先来说说C式的强制类型转换,它的用法非常简单,形如下面这样

Type b = 111;Typea a = (Typea)b;

只需要用括号将你要转换的类型扩起来,放在要转换的变量前面即可。

举个例子:

#include<stdio.h>int main(void){ int a = 0x01020304; char *b = (char*)&a; int i = 0; for(;i < 4;i++) { printf("%02x\n",b[i]); } return 0;}

编译运行输出结果:

04030201

C++ 四种强制类型转换。

当然,C++也是支持C风格的强制转换,但是C风格的强制转换可能带来一些隐患,让一些问题难以察觉.所以C++提供了一组可以用在不同场合的强制转换的函数。

const_cast , static_cast , dynamic_cast , reinterpret_cast

const_cast

常量指针被转化成非常量的指针,并且仍然指向原来的对象;常量引用被转换成非常量的引用,并且仍然指向原来的对象;const_cast一般用于修改指针。如const char *p形式。

#include<iostream>int main() { // 原始数组 int ary[4] = { 1,2,3,4 }; // 打印数据 for (int i = 0; i < 4; i++) std::cout << ary[i] << "\t"; std::cout << std::endl; // 常量化数组指针 const int*c_ptr = ary; //c_ptr[1] = 233; //error // 通过const_cast<Ty> 去常量 int *ptr = const_cast<int*>(c_ptr); // 修改数据 for (int i = 0; i < 4; i++) ptr[i] += 1; //pass // 打印修改后的数据 for (int i = 0; i < 4; i++) std::cout << ary[i] << "\t"; std::cout << std::endl; return 0;}/* out print 1 2 3 4 2 3 4 5*/

注意:对于在定义为常量的参数,使用const_cast可能会有不同的效果.类似代码如下

#include<iostream>int main() { const int c_val = 233; //声明为常量类型 int &use_val = const_cast<int&>(c_val); //使用去const 引用 int *ptr_val = const_cast<int*>(&c_val);//使用去const 指针 use_val = 666; //未定义行为 std::cout << c_val << "\t" << use_val << "\t" << *ptr_val << std::endl; *ptr_val = 110; //未定义行为 std::cout << c_val << "\t" << use_val << "\t" << *ptr_val << std::endl; return 0;}

未定义行为:C++标准对此类行为没有做出明确规定.同一份代码在使用不同的编译器会有不同的效果.在 vs2017 下,,虽然代码中 c_val , use_val , ptr_val 看到的地址是一样的.但是c_val的值并没有改变.有可能在某种编译器实现后,这一份代码的c_val 会被改变.也有可能编译器对这类行为直接 error 或 warning.

static_cast

static_cast 作用和C语言风格强制转换的效果基本一样,由于没有运行时类型检查来保证转换的安全性,所以这类型的强制转换和C语言风格的强制转换都有安全隐患。

用于类层次结构中基类(父类)和派生类(子类)之间指针或引用的转换。注意:进行上行转换(把派生类的指针或引用转换成基类表示)是安全的;进行下行转换(把基类指针或引用转换成派生类表示)时,由于没有动态类型检查,所以是不安全的。

用于基本数据类型之间的转换,如把int转换成char,把int转换成enum。这种转换的安全性需要开发者来维护。

static_cast不能转换掉原有类型的const、volatile、或者 __unaligned属性。(前两种可以使用const_cast 来去除)
在c++ primer 中说道:任何具有明确定义的类型转换,只要不包含const,都可以使用static_cast。

/* 常规的使用方法 */float f_pi=3.141592fint i_pi=static_cast<int>(f_pi); /// i_pi 的值为 3/* class 的上下行转换 */class Base{ // something};class Sub:public Base{ // something}// 上行 Sub -> Base//编译通过,安全Sub sub;Base *base_ptr = static_cast<Base*>(&sub); // 下行 Base -> Sub//编译通过,不安全Base base;Sub *sub_ptr = static_cast<Sub*>(&base); 

dynamic_cast

dynamic_cast强制转换,应该是这四种中最特殊的一个,因为他涉及到面向对象的多态性和程序运行时的状态,也与编译器的属性设置有关.所以不能完全使用C语言的强制转换替代,它也是最常有用的,最不可缺少的一种强制转换.

#include<iostream>using namespace std;class Base{public: Base() {} ~Base() {} void print() { std::cout << "I'm Base" << endl; } virtual void i_am_virtual_foo() {}};class Sub: public Base{public: Sub() {} ~Sub() {} void print() { std::cout << "I'm Sub" << endl; } virtual void i_am_virtual_foo() {}};int main() { cout << "Sub->Base" << endl; Sub * sub = new Sub(); sub->print(); Base* sub2base = dynamic_cast<Base*>(sub); if (sub2base != nullptr) { sub2base->print(); } cout << "<sub->base> sub2base val is: " << sub2base << endl; cout << endl << "Base->Sub" << endl; Base *base = new Base(); base->print(); Sub *base2sub = dynamic_cast<Sub*>(base); if (base2sub != nullptr) { base2sub->print(); } cout <<"<base->sub> base2sub val is: "<< base2sub << endl; delete sub; delete base; return 0;}/* vs2017 输出为下Sub->BaseI'm SubI'm Base<sub->base> sub2base val is: 00B9E080 // 注:这个地址是系统分配的,每次不一定一样Base->SubI'm Base<base->sub> base2sub val is: 00000000 // VS2017的C++编译器,对此类错误的转换赋值为nullptr*/

从上边的代码和输出结果可以看出:
对于从子类到基类的指针转换 ,dynamic_cast 成功转换,没有什么运行异常,且达到预期结果

而从基类到子类的转换 , dynamic_cast 在转换时也没有报错,但是输出给 base2sub 是一个 nullptr ,说明dynami_cast 在程序运行时对类型转换对“运行期类型信息”(Runtime type information,RTTI)进行了检查.
这个检查主要来自虚函数(virtual function) 在C++的面对对象思想中,虚函数起到了很关键的作用,当一个类中拥有至少一个虚函数,那么编译器就会构建出一个虚函数表(virtual method table)来指示这些函数的地址,假如继承该类的子类定义并实现了一个同名并具有同样函数签名(function siguature)的方法重写了基类中的方法,那么虚函数表会将该函数指向新的地址。此时多态性就体现出来了:当我们将基类的指针或引用指向子类的对象的时候,调用方法时,就会顺着虚函数表找到对应子类的方法而非基类的方法。因此注意下代码中 Base 和 Sub 都有声明定义的一个虚函数 ” i_am_virtual_foo” ,我这份代码的 Base 和 Sub 使用 dynami_cast 转换时检查的运行期类型信息,可以说就是这个虚函数

reinterpret_cast

reinterpret_cast是强制类型转换符用来处理无关类型转换的,通常为操作数的位模式提供较低层次的重新解释!但是他仅仅是重新解释了给出的对象的比特模型,并没有进行二进制的转换!
他是用在任意的指针之间的转换,引用之间的转换,指针和足够大的int型之间的转换,整数到指针的转换。
请看一个简单代码

#include<iostream>#include<cstdint>using namespace std;int main() { int *ptr = new int(233); uint32_t ptr_addr = reinterpret_cast<uint32_t>(ptr); cout << "ptr 的地址: " << hex << ptr << endl << "ptr_addr 的值(hex): " << hex << ptr_addr << endl; delete ptr; return 0;}/*ptr 的地址: 0061E6D8ptr_addr 的值(hex): 0061e6d8*/

上述代码将指针ptr的地址的值转换成了 unsigned int 类型的ptr_addr 的整数值.
提供下IBM C++ 对 reinterpret_cast 推荐使用的地方

A pointer to any integral type large enough to hold it (指针转向足够大的整数类型)A value of integral or enumeration type to a pointer (从整形或者enum枚举类型转换为指针)A pointer to a function to a pointer to a function of a different type (从指向函数的指针转向另一个不同类型的指向函数的指针)A pointer to an object to a pointer to an object of a different type (从一个指向对象的指针转向另一个不同类型的指向对象的指针)A pointer to a member to a pointer to a member of a different class or type, if the types of the members are both function types or object types (从一个指向成员的指针转向另一个指向类成员的指针!或者是类型,如果类型的成员和函数都是函数类型或者对象类型)

下面这个例子来自 MSDN 的一个哈希函数辅助

// expre_reinterpret_cast_Operator.cpp // compile with: /EHsc #include <iostream> // Returns a hash code based on an address unsigned short Hash(void *p) { unsigned int val = reinterpret_cast<unsigned int>(p); return (unsigned short)(val ^ (val >> 16));}using namespace std;int main() { int a[20]; for (int i = 0; i < 20; i++) cout << Hash(a + i) << endl;}

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标签: #c中val是什么意思