C++学习之路-类型转换

C语言中的类型转换

通常，C语言的类型转换风格是下面两种

• （type）expression
• type （expression）

类似于我们理解的强制转换

int a = 10;
double b = (double) a;
double c = double(a);
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当前，就算不写强制转换，只有变量声明的类型和赋值的类型不同。C语言也会默认进行隐式转换

int a = 10;
double b = a; //b = 10.00000
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C++中的类型转换

C++中有4个类型转换符

• static_cast
• dynamic_cast
• reinterpret_cast
• const_cast

具体使用时的格式为：

xxxx_cast<type>(expression)
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const_cast：一般用于去除const属性（将const转换为非const）

比如说定义了一个const类型的指针a，想要将a赋值给非const指针b，就会出错。

于是，可以这样解决：这样就完成了const类型到非const类型的转换

const_cast中的类型必须是指针，引用，或者指向对象类型成员的指针

在这个过程中，我遇到了一个细节问题。当我转换基本数据类型int时，不可以转换。

所以，const_cast只能用在指针或引用类型之间的转换上。

比如说我想要重新定义一个对象指针p2，指向已经存在的const对象指针p1，这是不被允许的。

但是，我就是有这样的需求，需要另外一个指针指向这块区域。那我就可以采用const_cast强制转换为非const的：

const Person *p1 = new Person();
Person *p2 = const_cast<Person*>(p1);
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但是！！！！并不是说const转换为非const就必须使用const_cast，而是const_cast可以做这件事而已！！！

这样也可以办到const到非const的转换。只不过const_cast更加清晰明了，让开发人员直接就能看出来这是const转为非const的过程。程序的可读性强而已。

const Person *p1 = new Person();
Person *p3 = (Person *) p1;
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这两种转换本质上没有任何区别，只是可读性更强而已。

所以，const_cast，我们只需要能看懂别人写的代码就行，可有可无的存在，没有什么优秀特性，唯一的优点就是可读性强。

dynamic_cast：一般用于多态类型的转换（有安全检测功能）

一般用于多态类型的转换，额外有类型之间的安全检测过程。这个我们需要额外重视

什么叫多态，可以看之前的博文。第一部分就是说明父类指针可以指向子类对象，而子类指针不可以指向父类对象。

• 首先定义两个类，实现多态。相信可以看明白（因为只有虚函数才有多态）

class Person
{
	virtual void run(){}
public:
	int m_age;

};

class Student : public Person {
public:
	int m_score;
};
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• 声明两个父类Person指针对象，分别指向不同的对象

Person *p1 = new Person();  //父类指针指向父类对象
Person *p2 = new Student(); //父类指针指向子类对象
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子类指针为什么不可以指向父类对象

这里多说一句：为什么子类指针不允许指向父类对象？

因为某种类型的指针，只可以访问其本身的成员。比如：Person类型的指针，只可以访问 m_age，而不可以访问m_score；Student类型的指针就可以访问m_age和m_score。

指向什么类型的对象，也就意味着指针可以访问这个对象的内存区域。比如：指向Person对象，那就可以访问Person对象里的内存；指向Student对象，那就可以访问Student对象里的内存。

现在说说为什么父类指针可以指向子类对象，子类指针不可以指向父类对象！！

因为这里面涉及到安全问题。也就是说父类指针指向子类对象没有安全问题，而子类指针指向父类对象就存在安全问题。

下面举一个例子，就明白了了！我们定义了两个指针，分别指向不同的对象，可以看明白吧

Person *p1 = new Student ();  //父类指针指向子类对象 （安全）
Student *s1 = new Person ();  //子类指针指向父类对象 （不安全）
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p1可以访问m_age，同时p1指向的区域是Student（有m_age和m_score），结果就是p1访问不到子类Student里的m_score。但这又何妨呢？访问不到就访问不到呗，起码不会乱访问。

p2可以访问m_age和m_score，但是p2指向的区域是Person （只有m_age），也就意味着p2可以访问到m_age，但是p2->m_score在程序中并不会报错，而是指向Person对象内存中m_age的下四个字节。但是，这四个字节不是Person对象的内存，很可能是别的对象的内存，这就乱访问了，p2->m_score的值就不是我们想要访问的值了，就会出现安全问题。

所以C++不允许这种情况出现，直接报错！！！

但是，如果我非要这么做，可以用强制转换，达到编译器不报错的目的。但是安全问题依然存在！！！

为了避免开发人员强制转换所带来的安全问题。我们可以使用dynamic_cast进行强制转换，并进行安全检测！如果发现是子类指针指向父类对象，那返回的指针为nullptr，就不会产生安全问题（不会乱访问未知的内存区域）

Person *p1 = new Person();  //指向父类
Person *p2 = new Student();	//指向子类

cout << "p1 = " << p1 << endl; //p1 = 000001EE091900D0
cout << "p2 = " << p2 << endl; //p2 = 000001EE091894B0

Student *stu1 = (Student *)p1;                  //stu1 = 000001EE091900D0
Student *stu2 = dynamic_cast<Student *>(p1);	//stu2 = 0000000000000000
Student *stu3 = dynamic_cast<Student *>(p2);	//stu3 = 000001EE091894B0
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可以看到stu1和p1的值是一样的，说明这种强转直接将p1的内容给了stu1，也就是说stu1依然指向了Person对象，而且编译器还没报错；

在使用dynamic_cast强转之后，发现stu2 虽然接受的是p1的值，但是stu2通过安全检测，发现存在子类指针指向父类对象的操作，于是dynamic_cast将stu2清零，这样就是一个nullptr，就不会出现乱访问的状况了。

由于stu3指向的也是本身类的对象，是子类指针指向子类对象，所以不存在子类指针指向父类对象的操作。因此不会被安全监测，也就不会被清零了。

交叉转换也会被dynamic_cast检测出来

不只是，子类指针指向父类对象不被允许。只要是不合乎逻辑的操作（比如交叉转换），都是可以被dynamic_cast检测出来

假设我定义了一个Car类，跟Person和Student 一点关系都没有

class Person
{
	virtual void run(){}
public:
	int m_age;

};

class Student : public Person {
public:
	int m_score;
};

class Car
{
};
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一点关系没有，我们也可以通过强转让其赋值。如果是直接强转，就是把值赋过来拉倒。如果是采用dynamic_cast强转，则会进行安全监测（由于Car指针不可以随意访问与其一点关系没有的Person对象），所以就会将赋值过来的p1置为nullptr

Person *p1 = new Person(); 
cout << "p1 = " << p1 << endl;//p1 = 000001FB10922770

Car *c1 = (Car *)p1;
Car *c2 = dynamic_cast<Car *>(p1);

cout << "c1 = " << c1 << endl; //c1 = 000001FB10922770
cout << "c2 = " << c2 << endl; //c2 = 0000000000000000
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总结：我们几乎不会犯子类指针指向父类对象（不合乎逻辑）的操作，但是要能看懂别人写这样的代码的含义。

static_cast：常用于基本数据类型转换，比如非const转换为const

• 对比dynamic_cast，缺乏安全监测

上面的代码要这样写，stu2就不会被置为nullptr了

Student *stu2 = static_cast<Student *>(p1);	//stu2 = 000001EE091900D0
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• 不能交叉转换（不是统一继承体系的，无法转换）

什么叫交叉转换？Person和Car没有任何联系，强行转换叫做交叉转换。

Person *p1 = new Person(); 

Car *c1 = (Car *)p1;
Car *c2 = dynamic_cast<Car *>(p1);
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而static_cast是不可以完成这样的操作的，编译器会直接报错：类型转换无效

对比完与dynamic_cast的区别，我们说一下static_cast的特点：

• 两个代码没有任何区别，static_cast反而更麻烦

int a = 10;
double b = static_cast<double>(a);
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int a = 10;
double b = a;
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• 非const转为const

int *a = new int();
const int *b = static_cast<const int*>(a);

Person *p1 = new Person();
const Person *p2 = static_cast<const Person *>(p1);
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基本没啥用，不写static_cast，跟隐式转换的效果是一模一样的。也就是写不写程序执行的效果是一样的。

reinterpret_cast：没有任何类型检查和格式转换，仅仅是简单的二进制数据的拷贝

这个有些不太一样，需要注意一下。

reinterpret_cast属于比较底层的强制转换，没有任何类型检查和格式转换，仅仅是简单的二进制数据的拷贝。

比如：我们定义一个int型的变量，赋值10。

int a = 10;
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我们通过监视，输入&a，就可以查看到存储a的内存，并给出了所在的栈空间地址

通过地址值，我们就可以在内存中查找到，该块内存区域的内容。可以看到，是 0a 00 00 00 也就是整数10的16进制表示。还可以看到，其他内存区域都是cc，这就是栈空间的特点，全部初始化为cc。

接下来，我们进行了一个隐式转换的操作。将int转换为double

int a = 10;
double d = a;
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获取到double型变量d的地址

查看被赋值的double内容，确实是double类型的数字10.000000…

但是内存中的16进制，我有些看不懂。什么 24 40 我怎么算也算不出是10。

这是因为double、float这种浮点数类型的数据存储方式与int不同（存储尾数和指数这种）。会额外做一些处理，显示的16进制也就不是我们理解的0a这种。具体看这篇博客：浮点数double在内存中的存储方式

我们了解了int和double内存的存储方式不同，导致二进制数据是不统一含义的。我们解释了这么多，就是为了感受一下reinterpret_cast所谓的仅仅是二进制数据的拷贝是什么意思。

我们将上述的隐式类型转换改为reinterpret_cast转换，<>为引用类型：不同类型转换需要引用，int* 和int转换就不需要引用。

int a = 10;
double d = reinterpret_cast<double&>(a);
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可以看到，d并不是double类型的10.000000…，而是认不出来的数

得到d的地址

查看内存中的数据，我们发现：double类型占8个字节，前4个字节被 int 10 的二进制数据覆盖，而后4个字节依然是栈空间初始化的cc。这就导致 double d 的内存内容是 0a 00 00 00 cc cc cc cc。

这就是简单的二进制赋值，不会考虑类型是啥，reinterpret_cast就是直接赋值。

下面的图，更能清晰的说明这个过程：

• 隐式转换，会考虑类型，达到我们想要的转换。由于double存储方式，所以我们看到的二进制代码很奇怪，但是不影响结果

• reinterpret_cast强制转换，只进行简单的二进制代码的复制，不检查左右两边类型。

到这里，并不是告诉开发人员以后采用reinterpret_cast强制转换。我的目的是告诉开发人员，这个reinterpret_cast的功能是什么，在日常开发过程中这么写就出错了。但是，reinterpret_cast依然有他自己的应用场景。

总结：reinterpret_cast也不会有安全监测，就是把右边的内存中的二进制数据赋值给左边的存储空间，只要二进制存储的方式相同，就不会出现解析不了的问题。

补充一点，reinterpret_cast可以将指针和整数互相转换

int *p = reinterpret_cast<int*>(0x0100);  // p是指针，存储的0x0100
cout << "p = " << p << endl;
int num = reinterpret_cast<int>(p); //将地址转换为整数，256
cout << "num = " << num << endl; //256
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总结

这些转换类型符可能根本就用不到，但是要知道功能是啥，也就是说要能看懂别人写的代码。仅此而已。