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C++11新特性之四种类型转换cast说明

2023-02-09 15:00

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引言

C++11引入了四种类型转换接口，它们分别是static_cast、const_cast、dynamic_cast、reinterpret_cast。

为什么要使用这四种转换呢？

给出面向对象编程和面向对象设计的五个基本原则，SOLID原则。

Single Responsibility Principle：单一职责原则
Open Closed Principle：开闭原则
Liskov Substitution Principle：里氏替换原则
Law of Demeter：迪米特法则
Interface Segregation Principle：接口隔离原则
Dependence Inversion Principle：依赖倒置原则

这里不详细叙述五个基本原则，我们使用的cast接口和里氏替换原则有关。

里氏替换原则： “派生类（子类）对象可以在程式中代替其基类（超类）对象。” 以上内容并非利斯科夫的原文，而是译自罗伯特·马丁（Robert Martin）对原文的解读^[1]。

1、static_cast

1.1 基本类型转换

1.2 类的上行转换（安全）

用于子类指针或引用转换为父类指针或引用。

#include <iostream>
using namespace std;

class Base
{
public:
    Base() {};
    virtual void Show() { cout << "This is Base class"; }
};
class Derived :public Base
{
public:
    Derived() {};
    void Show() { cout << "This is Derived class"; }
};
int main()
{
    Derived* der = new Derived;
    auto  Derived = static_cast<Base*> (der);
    //向上转换一直是安全的
    Derived->Show();
    system("pause");
}

输出结果为

This is Derived class

存在虚函数重载，则父类的函数被隐藏不能使用。

由于使用dynamic_cast和static_cast方法会存在开销，则一般使用下列方法进行向上转换。

class Base
{
public:
    Base(){};
    virtual void Show(){cout<<"This is Base class";}
};
class Derived:public Base
{
public:
    Derived(){};
    void Show(){cout<<"This is Derived class";}
};
int main()
{
    Base *base ;
    Derived *der = new Derived;
    //向上转换总是安全
    base = der; 
    base->Show();
    system("pause");
}

1.3 类的下行转换（不安全）

将父类指针、引用转换为子类指针、引用，但需要程序员自己检查，因此这种转换方式也不存在额外的开销。

2、const_cast

2.1 改变常量属性

常量指针转化为非常量指针；
常量引用转化为非常量引用；
常量对象转化为非常量对象

3、dynamic_cast

该转换是运行时转换，其余都是编译时转换。主要用于安全的向下进行转换。同时当指针是智能指针时，使用dynamic_cast向下转换不能成功，需使用dynamic_point_cast来进行转换。

3.1 类的上行转换（安全）

此处和static_cast是一样的，不再过多叙述。

#include <iostream>
using namespace std;

class Base
{
public:
    Base() {};
    virtual void Show() { cout << "This is Base calss"; }
};
class Derived :public Base
{
public:
    Derived() {};
    void Show() { cout << "This is Derived class"; }
};
int main()
{
    Derived* der = new Derived;
    auto  Derived = dynamic_cast<Base*> (der);
    //向上转换一直是安全的
    Derived->Show();
    system("pause");
}

3.2 类的下行转换（安全）

因为有类型检查所以是安全的，但类型检查需要运行时类型信息，这个信息位于虚函数表中，所以必须要有虚函数，否则会转换失败。
在dynamic_cast转换中分为两种情况。

1、当基类指针指向派生对象时能够安全转换。

2、基类指针指向基类时会做检查，转换失败，返回结果0。

#include <iostream>
using namespace std;

class Base
{
public:
    Base() {};
    virtual void Show() { cout << "This is Base class" << endl; }
};
class Derived :public Base
{
public:
    Derived() {};
    void Show() { cout << "This is Derived class" << endl; }
};
int main()
{
    //第一种情况
    Base* base = new Derived;
    Derived* der = dynamic_cast<Derived*>(base);
    //基类指针指向派生类对象时能够安全转换
    der->Show();
    //第二种情况
    Base *base1 = new Base;

    if (Derived* der1 = dynamic_cast<Derived*> (base1))
    {
        der1->Show();
    }
    else
    {
        cout << "error!";
    }
    delete(base);
    delete(base1);
    system("pause");
}

This is Derived class
error!

引用则和指针不同，指针在C++11中存在空指针，而引用不存在空引用，会引发bad_cast异常。

#include <iostream>
using namespace std;

class Base
{
public:
    Base() {};
    virtual void Show() { cout << "This is Base class" << endl; }
};
class Derived :public Base
{
public:
    Derived() {};
    void Show() { cout << "This is Derived class" << endl; }
};
int main()
{
    //基类引用子类
    Derived b;
    Base& base1 = b;
    Derived& der1 = dynamic_cast<Derived&>(base1);
    der1.Show();

    //基类引用基类
    Base a;
    Base& base2 = a;
    try
    {
        Derived& der2 = dynamic_cast<Derived&>(base2);
    }
    catch(bad_cast)
    {
        cout << "bad_cast error!!" << endl;
    }
    system("pause");
}