C语言中的类型转换
C语言中有两种形式的类型转换,分别是隐式类型转换和显式类型转换:
隐式类型转换:编译器在编译阶段自动进行,能转就转,不能转就编译失败。
显式类型转换:需要用户自己处理,以(指定类型)变量的方式进行类型转换。
需要注意的是,只有相近类型之间才能发生隐式类型转换,比如int和double表示的都是数值,只不过它们表示的范围和精度不同。而指针类型表示的是地址编号,因此整型和指针类型之间不会进行隐式类型转换,如果需要转换则只能进行显式类型转换。比如:
int main()
{
//隐式类型转换
int i = 1;
double d = i;
cout << i << endl;
cout << d << endl;
//显式类型转换
int* p = &i;
int address = (int)p;
cout << p << endl;
cout << address << endl;
return 0;
}
我们再补充一点隐式类型转换的知识,来看下面一种场景,我们知道单参数的构造函数也支持隐式类型转换。
class A
{
public:
A(int a)
:_a(a)
{}
private:
int _a;
};
class B
{
public:
B(const A& a)
{}
private:
//....
};
int main()
{
A aa1=1; //支持隐式类型转换
B bb1=aa1; //支持隐式类型转换
return 0;
}
A aa1=1这句代码等价于以下两句代码
A tmp(1); //先构造
A aa1(tmp); //再拷贝构造
所以在早期的编译器中,当编译器遇到A aa1 = 1这句代码时,会先构造一个临时对象,再用这个临时对象拷贝构造aa1。但是现在的编译器对于“连续的构造加拷贝构造”已经做了优化,当遇到A aa1 = 1这句代码时,会直接按照A aa1(1)的方式进行处理,这也叫做隐式类型转换。
但是加上explicit后,就不会发生隐式类型转换。
class A
{
public:
explicit A(int a)
:_a(a)
{}
private:
int _a;
};
int main()
{
A aa1=1; //会报错,不再支持隐式类型转换
}
C风格的转换格式虽然很简单,但也有很多缺点:
1.隐式类型转换在某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,转换的可视性比较差。
因此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,分别是static_cast、reinterpret_cast、const_cast和dynamic_cast。
C++强制类型转换
static_cast
static_cast用于相近类型之间的转换,编译器隐式执行的任何类型转换都可用static_cast,但它不能用于两个不相关类型之间转换。示例代码如下。
int main()
{
double d = 12.34;
int a = static_cast<int>(d);
cout << a << endl;
int* p = &a;
int address = static_cast<int>(p); //会报错
return 0;
}
reinterpret_cast
reinterpret_cast用于两个不相关类型之间的转换,用于将一种类型转换转换为另一种不相关的类型。示例代码如下。
int main()
{
int a = 10;
int* p = &a;
int address = reinterpret_cast<int>(p);
cout << address << endl;
return 0;
}
const_cast
const_cast用于删除变量的const属性,转换后就可以对const变量的值进行修改。代码示例如下
int main()
{
const int n = 10;
int* p = const_cast<int*>(&n);
(*p)++;
cout << n << endl; //10
cout << *p << endl; //11
return 0;
}
我们发现调试过程中的n的值与最终打印出来的n的值不同
这是由于编译器认为const修饰的变量是不会被修改的,因此会将const修饰的变量存放到寄存器当中,当需要读取const变量时就会直接从寄存器中进行读取,而我们修改的实际上是内存中的n的值,因此最终打印出n的值是未修改之前的值。
如果不想让编译器将const变量优化到寄存器当中,可以用volatile关键字对const变量进行修饰,这时当要读取这个const变量时编译器就会从内存中进行读取,即保持了该变量在内存中的可见性。
int main()
{
volatile const int n = 10;
//const int n = 10;
int* p = const_cast<int*>(&n);
(*p)++;
cout << n << endl; //11
cout << *p << endl; //11
return 0;
}
dynamic_cast
dynamic_cast用于将父类的指针(或引用)转换成子类的指针(或引用)。
向上转换: 子类的指针(或引用)→ 父类的指针(或引用)。
向下转换: 父类的指针(或引用)→ 子类的指针(或引用)。
其中,向上转换就是所说的切割/切片,复制兼容规则,是语法天然支持的,而向下转换需要进行强制类型转换。
向下转换分为两种情况:
- 如果父类的指针(或引用)指向的是一个父类对象,那么将其转换为子类的指针(或引用)是不安全的,因为转换后可能会访问到子类的资源,而这个资源是父类对象所没有的。
- 如果父类的指针(或引用)指向的是一个子类对象,那么将其转换为子类的指针(或引用)则是安全的。
使用dynamic_cast进行向下转换是安全的,如果父类的指针(或引用)指向的是子类对象那么dynamic_cast会转换成功,但如果父类的指针(或引用)指向的是父类对象那么dynamic_cast会转换失败并返回一个空指针。代码示例如下。
class A
{
public:
virtual void f() {}
int _x = 0;
};
class B : public A
{
public:
int _y = 0;
};
void fun(A* pa)
{
// pa是指向子类对象B的,转换可以成功,正常返回地址
// pa是指向父类对象A的,转换失败,返回空指针
B* pb = dynamic_cast<B*>(pa);
if (pb)
{
cout << "转换成功" << endl;
pb->_x++;
pb->_y++;
}
else
{
cout << "转换失败" << endl;
}
}
int main()
{
//父类指针指向父类对象
A aa;
fun(&aa);
//父类指针指向子类对象
B bb;
fun(&bb);
return 0;
}
注意:dynamic_cast只能用于含有虚函数的类,因为运行时类型检查需要运行时的类型信息,而这个信息是存储在虚函数表中的,只有定义了虚函数的类才有虚函数表。
RTTI
RTTI(Run-Time Type Identification)就是运行时类型识别。
C++通过以下几种方式来支持RTTI:
- typeid:在运行时识别出一个对象的类型。
- dynamic_cast:在运行时识别出一个父类的指针(或引用)指向的是父类对象还是子类对象。
- decltype:在运行时推演出一个表达式或函数返回值的类型。