[从C到C++] 1.7 C++ 强制类型转换

2022-02-18 09:49:55

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在C++语言中新增了四个关键字static_cast、const_cast、reinterpret_cast和dynamic_cast。这四个关键字都是用于强制类型转换的。我们逐一来介绍这四个关键字。

1) static_cast

在C++语言中static_cast用于数据类型的强制转换，强制将一种数据类型转换为另一种数据类型。例如将整型数据转换为浮点型数据。

[例1]C语言所采用的类型转换方式：

int a = 10;
int b = 3;
double result = (double)a / (double)b;

例1中将整型变量a和b转换为双精度浮点型，然后相除。在C++语言中，我们可以采用static_cast关键字来进行强制类型转换，如下所示。

[例2]static_cast关键字的使用：


int a = 10;
int b = 3;
double result = static_cast<double>(a) / static_cast<double>(b);

在本例中同样是将整型变量a转换为双精度浮点型。采用static_cast进行强制数据类型转换时，将想要转换成的数据类型放到尖括号中，将待转换的变量或表达式放在元括号中，其格式可以概括为如下形式：

static_cast <类型说明符> （变量或表达式）

2) const_cast

在C语言中，const限定符通常被用来限定变量，用于表示该变量的值不能被修改。而const_cast则正是用于强制去掉这种不能被修改的常数特性，但需要特别注意的是const_cast不是用于去除变量的常量性，而是去除指向常数对象的指针或引用的常量性，其去除常量性的对象必须为指针或引用。

[例3]一个错误的例子：


const int a = 10;
const int * p = &a;
*p = 20;                  //compile error
int b = const_cast<int>(a);  //compile error

在本例中出现了两个编译错误，第一个编译错误是*p因为具有常量性，其值是不能被修改的；另一处错误是const_cast强制转换对象必须为指针或引用，而例3中为一个变量，这是不允许的！

[例4]const_cast关键字的使用

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
    const int a = 10;
    const int * p = &a;
    int *q;
    q = const_cast<int *>(p);
    *q = 20;    //fine
    cout <<a<<" "<<*p<<" "<<*q<<endl;
        cout <<&a<<" "<<p<<" "<<q<<endl;
    return 0;
}

在本例中，我们将变量a声明为常量变量，同时声明了一个const指针指向该变量（此时如果声明一个普通指针指向该常量变量的话是不允许的，Visual Studio 2010编译器会报错），之后我们定义了一个普通的指针*q。将p指针通过const_cast去掉其常量性，并赋给q指针。之后我再修改q指针所指地址的值时，这是不会有问题的。

最后将结果打印出来，运行结果如下：


10 20 20
002CFAF4 002CFAF4 002CFAF4

查看运行结果，问题来了，指针p和指针q都是指向a变量的，指向地址相同，而且经过调试发现002CFAF4地址内的值确实由10被修改成了20，这是怎么一回事呢？为什么a的值打印出来还是10呢？

其实这是一件好事，我们要庆幸a变量最终的值没有变成20！变量a一开始就被声明为一个常量变量，不管后面的程序怎么处理，它就是一个常量，就是不会变化的。试想一下如果这个变量a最终变成了20会有什么后果呢？对于这些简短的程序而言，如果最后a变成了20，我们会一眼看出是q指针修改了，但是一旦一个项目工程非常庞大的时候，在程序某个地方出现了一个q这样的指针，它可以修改常量a，这是一件很可怕的事情的，可以说是一个程序的漏洞，毕竟将变量a声明为常量就是不希望修改它，如果后面能修改，这就太恐怖了。

在例4中我们称“*q=20”语句为未定义行为语句，所谓的未定义行为是指在标准的C++规范中并没有明确规定这种语句的具体行为，该语句的具体行为由编译器来自行决定如何处理。对于这种未定义行为的语句我们应该尽量予以避免！

从例4中我们可以看出我们是不想修改变量a的值的，既然如此，定义一个const_cast关键字强制去掉指针的常量性到底有什么用呢？我们接着来看下面的例子。

例5：

#include<iostream>
using namespace std;
const int * Search(const int * a, int n, int val);
int main()
{
    int a[10] = {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9};
    int val = 5;
    int *p;
    p = const_cast<int *>(Search(a, 10, val));
    if(p == NULL)
        cout<<"Not found the val in array a"<<endl;
    else
        cout<<"have found the val in array a and the val = "<<*p<<endl;
    return 0;
}
const int * Search(const int * a, int n, int val)
{
    int i;
    for(i=0; i<n; i++)
    {
        if(a[i] == val)
            return &a[i];
    }
    return  NULL;
}

在例5中我们定义了一个函数，用于在a数组中寻找val值，如果找到了就返回该值的地址，如果没有找到则返回NULL。函数Search返回值是const指针，当我们在a数组中找到了val值的时候，我们会返回val的地址，最关键的是a数组在main函数中并不是const，因此即使我们去掉返回值的常量性有可能会造成a数组被修改，但是这也依然是安全的。

对于引用，我们同样能使用const_cast来强制去掉常量性，如例6所示。

例6：

#include<iostream>
using namespace std;
const int & Search(const int * a, int n, int val);
int main()
{
    int a[10] = {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9};
    int val = 5;
    int &p = const_cast<int &>(Search(a, 10, val));
    if(p == NULL)
        cout<<"Not found the val in array a"<<endl;
    else
        cout<<"hvae found the val in array a and the val = "<<p<<endl;
    return 0;
}
const int & Search(const int * a, int n, int val)
{
    int i;
    for(i=0; i<n; i++)
    {
        if(a[i] == val)
            return a[i];
    }
    return  NULL;
}

了解了const_cast的使用场景后，可以知道使用const_cast通常是一种无奈之举，同时也建议大家在今后的C++程序设计过程中一定不要利用const_cast去掉指针或引用的常量性并且去修改原始变量的数值，这是一种非常不好的行为。

3) reinterpret_cast

在C++语言中，reinterpret_cast主要有三种强制转换用途：

  • 改变指针或引用的类型
  • 将指针或引用转换为一个足够长度的整形
  • 将整型转换为指针或引用类型。

在使用reinterpret_cast强制转换过程仅仅只是比特位的拷贝，因此在使用过程中需要特别谨慎！

例7

    int *a = new int;
    double *d = reinterpret_cast<double *>(a);

在例7中，将整型指针通过reinterpret_cast强制转换成了双精度浮点型指针。
reinterpret_cast可以将指针或引用转换为一个足够长度的整形，此中的足够长度具体长度需要多少则取决于操作系统，如果是32位的操作系统，就需要4个字节及以上的整型，如果是64位的操作系统则需要8个字节及以上的整型。

4) dynamic_cast

dynamic_cast用于类的继承层次之间的强制类型转换，我们将在讲到类的继承的时候再来介绍dynamic_cast。

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