C++-类型转换

1. 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。

1. 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

2. 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);
}

缺陷： 转换的可视性比较差，所有的转换形式都是以一种相同形式书写，难以跟踪错误的转换

2. 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，注意因为C++要兼容C语言，所以C++中还可以使用C语言的转化风格。

3. 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

3.1 static_cast

        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

特点：

• 在编译时进行类型检查

• 不能移除const属性

• 用于基本数据类型之间的转换

• 用于有继承关系的类指针或引用之间的转换

int i = 10;
double d = static_cast<double>(i); // 基本类型转换

class Base {};
class Derived : public Base {};
Base* base = new Derived;
Derived* derived = static_cast<Derived*>(base); // 向下转型

3.2 reinterpret_cast

        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

特点：

• 不进行任何类型检查

• 可以将指针转换为整数，反之亦然

• 用于函数指针之间的转换

• 应尽量避免使用，除非明确知道自己在做什么

int main()
{
 double d = 12.34;
 int a = static_cast<int>(d);
 cout << a << endl;
 // 这里使用static_cast会报错，应该使用reinterpret_cast
 //int *p = static_cast<int*>(a);
 int *p = reinterpret_cast<int*>(a);
 return 0;
}

3.3 const_cast

const_cast最常用的用途就是删除变量的const属性，方便赋值

特点：

• 只能改变const或volatile属性

• 不能改变基本类型

• 常用于调用历史遗留的未使用const正确性的API

const int a = 10;
int* b = const_cast<int*>(&a); // 移除const属性
*b = 20; // 未定义行为，实际不应修改原const变量的值

void print(char* str); // 历史遗留函数
const char* c = "hello";
print(const_cast<char*>(c)); // 合法使用

3.4 dynamic_cast

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)

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：

1. dynamic_cast只能用于父类含有虚函数的类

2. 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

特点：

• 运行时进行类型检查

• 需要类有虚函数（多态类型）

• 转换失败时返回nullptr（指针）或抛出异常（引用）

• 相比static_cast更安全但性能开销更大

class Base { virtual void dummy() {} };
class Derived : public Base {};

Base* base = new Derived;
Derived* derived = dynamic_cast<Derived*>(base); // 安全向下转型
if (derived) {
    // 转换成功
}

注意：

        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

3.5 总结

4. RTTI

RTTI：Run-time Type identification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

2. dynamic_cast运算符

3. decltype

注意事项：

• 需要编译器支持RTTI

• 可能带来一定的性能开销

• 过度使用可能表明设计存在问题

5. 常见面试题

1. C++中的4中类型转化分别是：_________、_________、_________、_________

答案：static_cast、reinterpret_cast、const_cast、dynamic_cast

2. 说说4中类型转化的应用场景。

• static_cast：当需要基本数据类型转换，或者类层次结构中的向上转型（子类指针/引用转为父类指针/引用）时使用。

• dynamic_cast：当需要在多态类型（含有虚函数的类）中进行安全的向下转型（父类指针/引用转为子类指针/引用）时使用。

• const_cast：当需要移除或添加const或volatile属性时使用，常用于与历史遗留代码交互。

• reinterpret_cast：当需要进行低级别的、不安全的类型转换时使用，如指针与整数之间的转换、函数指针之间的转换等。

6. 总结

        C++的四种类型转换操作符提供了比C风格转换更安全、更明确的类型转换方式。理解每种转换的适用场景和限制条件，能够帮助开发者编写更安全、更易维护的代码。在实际开发中，应根据具体需求选择合适的类型转换方式，并遵循最小权限原则，尽可能减少不必要的类型转换。