C++之类型转换

导读

提到类型转换，相信有过编程经验的小伙伴们都不陌生了。之前笔者在《NDK编程Java如何保存C或C++对象》 一文就中使用了类型强转的方式。

既然C++是继承于C的语言，那么它在类型转换上又做了哪些扩展呢？

C语言式转换

C语言式的类型转换很简单，通过一个括号即可完成强转：(Type)var;。虽然C语言式转换简单，但是它是有不少缺点的，比如它可以在任意类型之间进行转换，比如将const类型的对象转换成非const类型的对象， 可以将一个基类的对象指针转化成一个派生类的对象指针等。这些强制转换对于C++来说显然是不太合理的，c++为了克服这些缺点，引进了4新的类型转换操作符，他们分别是:静态类型转换、动态类型转换、常类型转换和重解析类型转换。

C++的类型转换

1、静态类型转换 静态类型转换使用的是static_cast，它可以被用于强制隐型转换，例如将non-const对象转型为const对象，将int转型为double等， 它还可以用于很多这样的转换的反向转换，例如，void* 指针转型为有类型指针，基类指针转型为派生类指针等。

所谓静态类型，就是在编译器就能确定的类型，静态类型转换的使用格式是：

static_cast<目标类型>（标识符）

例如：

int main() {
    double pi = 3.1415926;
    int a = (int)pi;    //c语言的旧式类型转换
    int b = pi;         //隐式类型转换
    int c = static_cast<int> (pi); //c++的新式的类型转换运算符
    return 0;
}

2、动态类型转换 与静态类型转换相对的是动态类型转换，动态类型是表示在编译期间不能确定的类型，需要到运行时才能确定的类型，它使用dynamic_cast标识，它格式是

dynamic_cast<目标类型>（标识符）

动态类型转换的一个重要作用就是将父类对象转换成派生类的对象，如果转换失败则会返回空指针。

例子:

main.cpp
class Animal{
public:

    virtual void print(){
        std::cout << "print print" << std::endl;
    }

    virtual ~Animal(){

    }
};

class Cat: public Animal{
public:
    void print() override{
        std::cout << "print Cat" << std::endl;
    }
};

class Dog:public Animal{
    void print() override{
        std::cout << "print Dog" << std::endl;
    }
};

int main() {
    Animal *animal = new Cat();
    Dog *dog = dynamic_cast<Dog*>(animal); // 如果转换失败会返回空指针
    if(nullptr == dog){
        std::cout << "转换失败" << std::endl;
    }
    Cat *cat = dynamic_cast<Cat*>(animal);
    if(cat){
        std::cout << "转换成功" << std::endl;
    }
    return 0;
}

dynamic_cast的转换一定要建立在多态的基础上，也就是说父类一定要有一个虚函数或者纯虚函数才行，否则转换是编译不通过的。

public:
    int a;
    Fruit():a(10){

    }
    // 一定需要一个虚函数或者纯虚函数，否则dynamic_cast转换无法编译
    virtual void show();
};

class Apple: public Fruit{
    void show() override{
        
    }
};

void printApple(Apple* apple){

}

int main() {
    Fruit* apple = new Apple();
    // printApple(apple); // 错误，*apple的类型是Fruit，但是函数printApple需要的是Apple指针
    printApple(dynamic_cast<Apple*>(apple));
    return 0;
}

3、常类型转换 常类型转换又叫脱常转换，意思就是可以将一个const变量转换成一个非const变量，使用的标识符是const_cast。

** const_cast 最常见的用途就是将某个对象的常量性去除掉，并且只能应用于指针或引用。**

我们知道const对象只能调用const的函数，那么如果const对象也想调用非const函数怎么办？这时候就需要使用const_cast进行脱常了。

我们来看下以下的两个例子：

void func(int & a){
    std::cout << "func---a:" << a << std::endl;
    a = 100; // 这里改变了引用的值，会起作用吗？需要看传递进来的变量是否是const的
}

int main() {
    const int d = 30;
    func(const_cast<int &>(d)); // 如果在func中修改了d的值，会起作用吗？不会
    std::cout << "d:" << d << std::endl;
    return 0;
}

class Fruit{
public:
    int a;
    Fruit():a(10){

    }
};

void print(Fruit& fruit){
    fruit.a = 20;
    std::cout << "fruit地址:" << &fruit << std::endl;
}

int main() {
    Fruit fruit;
    const Fruit& constFruit = fruit;
    std::cout << "a:" << fruit.a << std::endl;
    std::cout << "constFruit地址:" << &constFruit << std::endl;
    constFruit.a = 20; // 错误,变量a不能修改
    print(&constFruit); // 错误，不能将一个const修饰的变量传递给一个非const修饰的函数
    print(const_cast<Fruit&>(constFruit)); // 可以，通过const_cast类型转换，并且函数内部可以修改constFruit的变量a了
    std::cout << "constFruit.a:" << constFruit.a << std::endl;
    return 0;
}

以上两个例子当中，为什么一个类通过const_cast转换之后在函数内部修改该类的成员变量后会生效，而int类型经过了const_cast转换后在函数内部修改了值却不生效呢？

这里需要记住一个结论：

使用const_cast去除const限定的属性的目的不是为了修改它的内容，而是是为了函数能够接受这个实际参数。因此使用const_cast去除const限定的属性的类对象是可以改变成员变量的，但是对于内置数据类型，却表现未定义行为.

4、reinterpret_cast reinterpret_cast。是特意用于底层的强制转型，这个操作符的转换结果几乎总是与编译平台息息相关。也就是说reinterpret_casts不具跨平台移植性， 所以这里就不多做介绍了。

5、隐式转换

隐式转换给我们带来了便利的同时也会给我们带来各种各样的隐患。

让我们通过以下程序简单看看隐式转换带来的隐患：

namespace Flyer {
    class A {
    public:
        A(int age) : age(age) {
            std::cout << "自定义构造函数" << endl;
        }

        A(const A &a) {
            std::cout << "拷贝构造" << endl;
        }

        ~A() {
            std::cout << "析构函数" << endl;
        }
    public:
        int age;
    };
}

int main() {
    Flyer::A a = 10; // 隐式转换初始化，实际上是调用了A的构造函数，歧义了
    a = 30;         //  调用了A的构造函数
    return 0;
}

在上面的程序中因为隐式转换的存在，可能是简单的赋值操作，却变成了类的构造，给人一种欺骗了我的眼睛的感觉....

如果想要去除隐式转换，彻底消除这样的隐患那该怎么办呢？答案也很简单，就是在类的构造函数上增加explicit关键字即可：

using namespace std;
namespace Flyer {
    class A {
    public:
        explicit A(int age) : age(age) {
            std::cout << "自定义构造函数" << endl;
        }

        A(const A &a) {
            std::cout << "拷贝构造" << endl;
        }

        ~A() {
            std::cout << "析构函数" << endl;
        }
    public:
        int age;
    };
}

int main() {
    Flyer::A a = 10; // 错误，explicit不运行隐式转换
    Flyer::A b{30}; // 正确，调用构造函数
    b = 40;      //错误，explicit不运行隐式转换
    return 0;
}

如果你需要进行转换但是又不想接受隐式转换带来的隐患，那怎么办呢？在《More Effective C++》一书中作者给了我们建议：

条款 21：利用重载技术（overload）避免隐式类型转换（implicit type conversions）

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