[从C到C++] 1.7 C++ 强制类型转换

简介: [toc] 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。

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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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