【C++】-- 类型转换

目录

前言

C语言中的类型转换

C++强制类型转换

static_cast（static静止的）

reinterpret_cast（reinterpret重新解释）

const_cast（const常量）

总结

dynamic_cast（dynamic动态）

RTTI

常见面试题

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前言

        C++继承了不少C语言的知识，因为C++最开始就是从C语言出来的，于是也就导致了C++将C语言的，好的与不好的，都继承下来了。

        有一个东西就是从C语言沿袭过来的，但是其又是不够好的 —— 隐式类型的转换。

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。

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);
}

#问：什么情况下允许隐式类型转换？什么情况下允许强制类型转换？

        （C++继承的C语言的 —— C语言那就当然是针对于内置类型啦）

C语言是意义相近的类型允许隐式类型的准换，如：整形家族和浮点数家族。

• 整形之间转换是：小的可以转大的（提升），大的也可以转小的（截断）。
• 整形和浮点之间转换是：通过补位的方式，整形转浮点补浮点就行因为精度，浮点转整形丢掉精度。

        可以说：它们都是用来表示数据的大小，只是空间的大小不一样，表示的范围不一样。还有就是浮点数的存储机制也不一样，其还能表示小数点后的精度。（本质：意义相近）

C语言中对于显示强制类型转换是意义不相近的类型，值转换后有意义。

Note：

        整体来说，隐式类型还好，但是显示类型是有巨大的坑的。

在日常中最简单的insert函数实现（数据移动）中，就有问题。

void Insert(size_t pos, char ch)
{size_t _size = 5;// ……int end = _size - 1;while(end >= pos){_str[end + 1] = _str[_end];--end;}
}Insert(3, 'A'); // 没有问题
Insert(0, 'A'); // 有问题

        在其中，第二个Insert就存在问题，因为在判断的时候就会发生隐式类型的转换。

         在这个判断的时候应该就是end为-1，pos为0然后，退出while循环，但是此处它会悄悄地进入执行，因为在一个操作符的两端的操作数也会发生隐式类型的转换。这个时候会悄悄的产生一个变量将end进行了提升（从无符号提升成有符号），然后就会导致数据的越界。

        所以，C语言留下的这个东西也是一个坑。并且没有办法因为为了兼容前面的内容，所以没有办法移除隐式转换，所以我们需要注意隐式转换的坑。

        于是，便有了C++的规范化。

#问：为什么C++需要四种类型转换？

C风格的转换格式很简单，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。

Note：

        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

标准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
• dynamic_cast

        这个时候C语言的隐式类型转换的一套还是可以使用的，只不过一般编译器会报警告，不影响运送，但是会告诉你，如：浮点数转换为整形精度可能会丢失。

static_cast（static静止的）

        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 - 意义相近的类型。

int main()
{double d = 12.34;int a = static_cast<int>(d);std::cout << a << std::endl;return 0;
}

        不是相近的类型不可以运用其来转换。

int main()
{int* p = &a;// 不支持的int address = static_cast<int>(p);return 0;
}

        其是会报错为，如："static_cast"：无法从"int*"转换为"int"，的错误（无效的）。

reinterpret_cast（reinterpret重新解释）

        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 - 意义不相关的类型。

int main()
{double d = 12.34;int a = static_cast<int>(d);int* p = &a;// 不支持的//int address = static_cast<int>(p);int address = reinterpret_cast<int>(p);return 0;
}

         对于const修饰的变量，不能转化，因为C++的规范会进行检查。

int main()
{const int a = 2;// 不支持int* p = reinterpret_cast<int*>(&a)*p = 3;return 0;
}

补充：

        甚至有一些地方还可以支持一些比较bug的转化。因为其相当于重新解释了，转换成完全另外一个类型。如：其实是一个指针，转换成为了一个数据大小，或者是一个数据大小转换成为了指针。

const_cast（const常量）

        const_cast最常用的用途就是删除变量的const属性，方便赋值。

int main()
{const int a = 2;int* p = const_cast<int*>(&a)*p = 3;return 0;
}

        一个奇葩的操作。

int main()
{const int a = 2;int* p = const_cast<int*>(&a);*p = 3;cout << a << endl;cout << *p << endl;return 0;
}

#问：上面的奇葩的操作的输出结果是什么？

简单的来看是不是以为是：3、3？那就错了。

        p是a的地址，那*p就是a，这么想上面没错（const对象虽然不能改，但是在C++里面const修饰的变量叫做常变量，是不能被直接的修改，但是可以被间接接的修改）。

修改const变量：

        就像上述，就是改const的方法。这种方式很bug，我们取到const修饰的变量的地址，然后通过地址间接的强制去改。本质的原因就是C++的const修饰的变量，并没有存储到常量区当中去，const修饰的变量与其他的变量一样，都存在栈上的，所以使用指针的方式是可以被修改的。

其实运行结果是：2、3！

        而且我回很奇特的发现，我们对于数据进行监视数据是：3、3，然而实际打印出的数据却是2，3。

        这个的原因是由来于编译器的优化，编译器对于const类型的变量是有优化的。比如说有一些编译器的优化是会将数据放在寄存器的，因为对于编译器来说，这个const修饰的对象，是只会读而并不会进行修改的，于是为了提高运行的效率，于是直接将数存储到了寄存器当中，你要就取。所以虽然内存中的数据被进行了更改，但是在寄存器看来就是没变。

        有一些编译器的处理方式，不是放到寄存器，而是直接搞死，如同一个宏。不取直接就给初始化时的值。

        所以也就是为什么 const_cast 也可以作为毫不相关的转换（重新解释的转换）。 const_cast 单独形成一类，也就是为了告诉我们这个地方很危险。还有一个方法可以解决这个问题：volatile（关键字），就是为了告诉编译器这个地方不要进行优化，直接去内存中取这个值。

总结

1. 兼容C隐式类型转换和强制类型转换。
2. 期望我们需要使用C语言的，期望我们用规范的C++显示的强制类型转换。
3. static_cast（隐式类型转换）、reinterpret_cast、const_cast（强制类型转换）。

        C++的一套更规范一些，使用它的一看就知道是相近类型还是没有关联类型的准换，看见static_cast就知道很危险要小心。

dynamic_cast（dynamic动态）

        是C语言没有的，是C++自己增加的，适用于向下转化。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）。

• 向上转型：子类对象指针/引用->父类指针/引用（不需要转换，赋值兼容规则） ——  天然支持

        严格的来说：向上转型是不属于隐式类型转换，也不属于显示类型转换。它可以说是C++的一个特例，其不需要进行转换，它是赋值兼容的。

• 向下转型：父类对象指针/引用->子类指针/引用（用dynamic_cast转型是安全的）

注意：

• dynamic_cast只能用于父类含有虚函数的类 —— 否者编译直接报错。
• dynamic_cast会先检查是否能转换成功，能成功则转换，不能则返回0。 

        我们日常中所用的继承关系的转换就是天然支持向上转型的，只有在继承的向上转里面是支持的。

class A
{
public :virtual void f(){}
};class B : public A
{};int main ()
{B bb;A aa = bb;A& ra = bb;return 0;
}

        dynamic_cast是适用于向下转型，父转子（用dynamic_cast转型是安全的）。因为按道理父类对象是无论如何都不能转子类的，就是使用dynamic_cast也是不行的。

class A
{
public :virtual void f(){}
};class B : public A
{};int main ()
{A aa;// 父类对象无论如何都是不允许转换成子类对象的// B bb = dynamic_cast<B>(aa);// B bb = (B)aa;return 0;
}

        对象是怎么样都不允许转的，但是指针与引用是要允许转的。因为涉及到一个指针，是有可能指向父类，也有可能指向子类。而如果是父类指针指向是父类的对象，那么就会导致出现越界问题。而如果是父类指针指向是子类的对象，那就没有问题。于是C++提供了一个dynamic_cast，让我们的行为是安全的，即：

1. 如果父类指针指向的是子类的对象，那么可以转换，转换表达式返回正确的地址。
2. 如果父类指针指向的是父类的对象，那么不能转换，转换表达式返回nullptr。

class A
{
public :virtual void f(){}
};class B : public A
{};int main ()
{// 如果pa是指向子类，那么可以转换，转换表达式返回正确的地址// 如果pa是指向父类，那么不能转换，转换表达式返回nullptrB bb;A* pa = bb;B* pb = dynamic_cast<B*>(pa); // 安全的//B* pb = (B*)pa;             // 不安全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;}
}

总结：

        其中，向上转型就是所说的切割/切片，是语法天然支持的，不需要进行转换，而向下转型是语法不支持的，需要进行强制类型转换。

#include <iostream>class A1
{
public:virtual void f(){}
public:int _a1 = 0;
};class A2
{
public:virtual void f(){}
public:int _a2 = 0;
};class B : public A1, public A2
{
public:int _b = 1;
};int main()
{B bb;A1* ptr1 = &bb;A2* ptr2 = &bb;std::cout << ptr1 << std::endl;std::cout << ptr2 << std::endl << std::endl;B* pb1 = (B*)ptr1;B* pb2 = (B*)ptr2; // C语言的强制类型转换是回得到开头的std::cout << pb1 << std::endl;std::cout << pb2 << std::endl << std::endl;B* pb3 = dynamic_cast<B*>(ptr1);B* pb4 = dynamic_cast<B*>(ptr2);std::cout << pb3 << std::endl;std::cout << pb4 << std::endl << std::endl;return 0;
}

Note：

        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，程序员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

        RTTI（Run-time Type identifification的简称），即：运行时类型识别。

C++通过以下方式来支持RTTI：

1. typeid运算符 —— 拿到变量的类型的字符串。
2. dynamic_cast运算符 —— 父类的指针指向父类对象，还是子类对象，只能用于父类含有虚函数的类（多态）。
3. decltype —— 推导一个对象的类型，这个类型可以用来定义另一个对象。

常见面试题

#问：C++中的4种类型转换分别是：____ 、____ 、____ 、____。

        static_cast、reinterpret_cast、const_cast和dynamic_cast。

#问：说说4种类型转换的应用场景。

• static_cast用于相近类型的类型之间的转换，编译器隐式执行的任何类型转换都可用static_cast。
• reinterpret_cast用于两个不相关类型之间的转换。
• const_cast用于删除变量的const属性，方便赋值。
• dynamic_cast用于安全的将父类的指针（或引用）转换成子类的指针（或引用）。