一种 C++ 转换的非正式分类

2023-11-12 12:43:04

C++ 正式分类方法是直接按语法分类，分为：隐式转换和显示转换。隐式转换又称为标准转换。显示转换又分为：C 风格转换、函数风格转换、C++ 风格转换。C++风格转换就是 static_cast、dynamic_cast、const_cast 和 reinterpret_cast 这 4 种。

有很长一段时间我都有这样的疑问：转换前的对象和转换后的对象是不是同一个？

现在，我引入一种非正式分类方法，分为：同对象转换和异对象转换。这两个术语是我自己编的，只是为了方便说明问题。

同对象转换：转换后的对象和转换前的对象是同一个，也就是不会构造一个新的对象，还是使用原来的对象。
异对象转换：转换后的对象和转换前的对象不是同一个，也就是会构造一个新的的对象。

下面分别说明这两种转换的典型情况。

一、同对象转换

所有的值类别转换及其变形都是同对象转换。

1. 值类别转换

C++ 的值类别可以使用 static_cast 进行转换，属于同对象转换。注意：static_cast<T&>() 和 static_cast<T&&>() 的语义不是将一个对象转换为一个引用，而是转换对象的值类别，使其能被对应的引用绑定。

// 左值转换为左值
int a = 1;
static_cast<int&>(a) = 2;
std::cout << a << std::endl;
// 输出：2

// 左值转换为右值
int a = 1;
int&& b = static_cast<int&&>(a);
b = 2;
std::cout << a << std::endl;
// 输出：2

// 右值转换为右值，转换前对象为非字面量
int a = 1;
int&& b = static_cast<int&&>(static_cast<int&&>(a));
b = 2;
std::cout << a << std::endl;
// 输出：2

2. 借助值类别转换进行 OOP 转换

这种情况带有值类别转换，属于同对象转换。

// upcast
struct A
{
    int x = 1;
};

struct B : A
{
};

B b;
static_cast<A&>(b).x = 2;
std::cout << b.x << std::endl;
// 输出：2

// downcast
struct A
{
    int x = 1;
};

struct B : A
{
};

B b;
static_cast<B&>(static_cast<A&>(b)).x = 2;
std::cout << b.x << std::endl;
// 输出：2

// sidecast
struct A1
{
    virtual void f1() {}
    int x = 1;
};

struct A2
{
    virtual void f2() {}
    int y = 1;
};

struct B : A1, A2
{
};

B b;
dynamic_cast<A2&>(static_cast<A1&>(b)).y = 2;
std::cout << b.y << std::endl;
// 输出：2

2. 借助值类别转换进行 `const_cast` 转换

这种情况带有值类别转换，也是同对象转换。注意：通过 const_cast 修改原本为 const 的对象是未定义行为。

struct A
{
    int x = 1;
};

{
    int a;
    const_cast<int&>(const_cast<const int&>(a)) = 2;
    std::cout << a << std::endl;
}
{
    A a;
    const_cast<A&>(const_cast<const A&>(a)).x = 2;
    std::cout << a.x << std::endl;
}
/* 输出：
2
2
*/

二、异对象转换

所有的非值类别转换都是异对象转换。

1. 普通的类型转换

// 标量类型
int a = 1;
int&& b = static_cast<int>(a);
b = 2;
std::cout << a << std::endl;
// 输出：1

// 类类型
struct A
{
    A() {
        std::cout << "A::A() " << x << std::endl;
    }
    A(const A&) {
        std::cout << "A::A(const A&) " << x << std::endl;
    }
    ~A() {
        std::cout << "A::~A() " << x << std::endl;
    }
    int x = 1;
};

A a;
A&& b = static_cast<A>(a);
b.x = 2;
std::cout << b.x << std::endl;
/* 输出：
A::A() 1
A::A(const A&) 1
2
A::~A() 2
A::~A() 1
*/

2. 指针转换

转换之后，指针本身是异对象，指针所指的对象是同对象。这种情况也包含：借助指针进行 OOP 转换，借助指针进行 const_cast 转换。

int* a = new int;
std::cout << a << std::endl;
int* && r = static_cast<int*>(a);
r = nullptr;
std::cout << a << std::endl;
/* 输出：
0x1ffdeb0 0x1ffdeb0
*/

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