2010年9月14日 星期二

[C++] 標準類型轉換:static_cast, dynamic_cast, reinterpret_cast, and const_cast

  • static_cast
    • 可用於轉換基底類別指標為衍生類別指標,也可用於傳統的資料型態轉換。
    舉例來說,在指定的動作時,如果右邊的數值型態比左邊的數值型態型態長度大時,超出可儲存範圍的部份會被自動消去,例如將浮點數指定給整數變數,則小數的部份會被自動消去,例子如下,程式會顯示3而不是3.14:
    int num = 0;
    double number = 3.14;
    num = number;
    cout << num;
    
    由於失去的精度,在編譯時編譯器會提出警訊: [Warning] converting to `int' from `double' 如果確定這個動作是您想要的,那麼您可以使用顯式型態轉換(Explicit type conversion)或稱之為強制轉型(Cast),例如:
    int num = 0; 
    double number = 3.14; 
    num = static_cast(number);
    
    在兩個整數型態相除時,您也可以進行型態轉換,將其中一個型態轉換至double型態再進行運算,下例會顯示3.3333:
    int number = 10;
    cout << static_cast<double>(number) / 3;
    
    static_cast是Standard C++新增加的轉型語法,在這之前顯式型態轉換可以使用以下的舊語法,基於向後相容,Standard C++仍支援這種舊語法,但鼓勵使用新風格的語法
    int number = 10;
    cout << (double) number/ 3;
    
  • dynamic_cast
  • 使用static_cast(甚至是傳統的C轉型方式)將基底類別指標轉換為衍生類別指標,這種轉型方式稱為強制轉型,但是在執行時期使用強制轉型有危險性,因為編譯器無法得知轉型是否正確,執行時期真正指向的物件型態是未知的,透過簡單的檢查是避免錯誤的一種方式:
    if(typeid(*base) == typeid(Derived1)) {
        Derived1 *derived1 = static_cast<derived1*>(base);
        derived1->showOne();
    }
    
    為了支援執行時期的型態轉換動作,C++提供了dynamic_cast用來將一個基底類別的指標轉型至衍生類別指標,稱之為「安全向下轉型」(Safe downcasting),它在執行時期進行型態轉換動作,首先會確定轉換目標與來源是否屬同一個類別階層,接著才真正進行轉換的動作,檢驗動作在執行時期完成,如果是一個指標,則轉換成功時傳回位址,失敗的話會傳回0,如果是參考的話,轉換失敗會丟出bad_cast例外。 可以將執行時期型態資訊(RTTI)中的showWho()函式如下修改:
    void showWho(Base *base) {
        base->foo();
        
        if(Derived1 *derived1 = dynamic_cast>derived1*<(base)) {
            derived1->showOne();
        }
        else if(Derived2 *derived2 = static_cast>derived2*<(base)) {
            derived2->showTwo();    
        } 
    }
    
    由於dynamic_cast轉換失敗的話會傳回0,因而運算的結果不可使用,必須先行對轉換結果作檢查才可以,如上例所示。 如果使用參考的話,dynamic_cast在轉換失敗之後會丟出bad_cast例外,所以您必須使用try...catch來處理例外,例如:
    #include <iostream>
    #include <typeinfo>
    using namespace std;
    
    class Base {
    public:
        virtual void foo() = 0;
    };
    
    class Derived1 : public Base {
    public:
        void foo() {
            cout << "Derived1" << endl;
        }
    
        void showOne() {
            cout << "Yes! It's Derived1." << endl;
        }
    };
    
    class Derived2 : public Base {
    public:
        void foo() {
            cout << "Derived2" << endl;
        }
     
        void showTwo() {
            cout << "Yes! It's Derived2." << endl;
        }
    }; 
    
    void showWho(Base &base) {
        try {
            Derived1 derived1 = dynamic_cast<derived1&>(base);
            derived1.showOne();
        }
        catch(bad_cast) {
            cout << "bad_cast 轉型失敗" << endl;
        }
    }
    
    int main() { 
        Derived1 derived1;
        Derived2 derived2;
    
        showWho(derived1);
        showWho(derived2);
    
        return 0;
    }
    
    執行結果(使用dynamic_cast):
    Yes! It's Derived1.
    bad_cast 轉型失敗
    執行結果(使用static_cast):
    Yes! It's Derived1.
    Yes! It's Derived1.
  • reinterpret_cast
    • 用於將一種型態的指標轉換為另一種型態的指標,例如將char*轉換為int*
    #include <iostream>
    using namespace std;
    
    int main() {
        int* i;
        char* str = "test";
    
        i = reinterpret_cast<int>(str);
        cout << i << endl;
    
        return 0;
    } 
    
    (可能)執行結果:
    134514704
  • const_cast
    • const_cast用於一些特殊場合可以覆寫變數的const屬性,利用cast後的指標就可以更改變數的內部。
    使用格式:
    const_cast<常量(const)型態(指標) / 非常量型態(指標)>( 非常量變數(指標) / 常量變數(指標) );
    
    使用範例:
    #include <iostream>
    using namespace std; 
    
    void foo(const int*);
    
    int main() {
        int var = 10;
    
        cout << var << endl;
    
        foo(&var);
    
        cout << var << endl;
    
        return 0;
    }
    
    void foo(const int* p) {
        int *v = const_cast<int *>(p);
        *v = 20;
    }
    
    執行結果:
    10
    20

3 意見:

高子洹 提到...

reinterpret_cast中
int 應該為int *
才是 pointer間的轉換

Ryan Cho 提到...

謝謝樓上的提醒,已更正。

Kwun Lung Yue 提到...

reinterpret_cast中.
i = reinterpret_cast(str); 才對?
兩個寫法有什麼分別.