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static_cast

2017年08月20日 ⁄ 综合 ⁄ 共 6122字 ⁄ 字号 评论关闭

本文讨论static_cast<> 和 reinterpret_cast<>。

介绍

大多程序员在学C++前都学过C,并且习惯于C风格(类型)转换。当写C++(程序)时,有时候我们在使用static_cast<>和reinterpret_cast<>时可能会有点模糊。在本文中,我将说明static_cast<>实际上做了什么,并且指出一些将会导致错误的情况。

泛型(Generic Types)

01.float f
= 12.3;
02. 
03.float*
pf = &f;
04.//
static cast<>
05. 
06.//
成功编译, n = 12
07. 
08.int n
static_cast(f);
09. 
10.//
错误,指向的类型是无关的(译注:即指针变量pf是float类型,现在要被转换为int类型)
11.//int*
pn = static_cast(pf);
12. 
13.//成功编译
14. 
15.void*
pv = 
static_cast(pf);
16. 
17.//成功编译,
但是 *pn2是无意义的内存(rubbish)
18. 
19.int*
pn2 = 
static_cast(pv);
20.//
reinterpret_cast<>
21. 
22.//错误,编译器知道你应该调用static_cast<>
23. 
24.//int
i = reinterpret_cast(f);
25. 
26.//成功编译,
但是 *pn 实际上是无意义的内存,和 *pn2一样
27. 
28.int*
pi = 
reinterpret_cast(pf);

简而言之,static_cast<> 将尝试转换,举例来说,如float-到-integer,而reinterpret_cast<>简单改变编译器的意图重新考虑那个对象作为另一类型。

指针类型(Pointer Types)

指针转换有点复杂,我们将在本文的剩余部分使用下面的类:

01.class CBaseX
02. 
03.{
04. 
05.public:
06. 
07.int x;
08. 
09.CBaseX()
{ x = 10; }
10. 
11.void foo()
printf("CBaseX::foo()
x=%d\n"
,
x); }
12. 
13.};
14.class CBaseY
15. 
16.{
17. 
18.public:
19. 
20.int y;
21. 
22.int*
py;
23. 
24.CBaseY()
{ y = 20; py = &y; }
25. 
26.void bar()
printf("CBaseY::bar()
y=%d, *py=%d\n"
,
y, *py);
27.}
28. 
29.};
30.class CDerived
public CBaseX, public CBaseY
31. 
32.{
33. 
34.public:
35. 
36.int z;
37. 
38.};

情况1:两个无关的类之间的转换

01.//
Convert between CBaseX* and CBaseY*
02. 
03.//
CBaseX* 和 CBaseY*之间的转换
04. 
05.CBaseX*
pX = 
new CBaseX();
06. 
07.//
Error, types pointed to are unrelated
08. 
09.//
错误, 类型指向是无关的
10. 
11.//
CBaseY* pY1 = static_cast(pX);
12. 
13.//
Compile OK, but pY2 is not CBaseX
14. 
15.//
成功编译, 但是 pY2 不是CBaseX
16. 
17.CBaseY*
pY2 = 
reinterpret_cast(pX);
18. 
19.//
System crash!!
20. 
21.//
系统崩溃!!
22. 
23.//
pY2->bar();

正如我们在泛型例子中所认识到的,如果你尝试转换一个对象到另一个无关的类static_cast<>将失败,而reinterpret_cast<>就总是成功“欺骗”编译器:那个对象就是那个无关类。

情况2:转换到相关的类

01.1.
CDerived* pD = 
new CDerived();
02. 
03.2. printf("CDerived*
pD = %x\n"
,
(
int)pD);
04. 
05.3.
06. 
07.4. //
static_cast<> CDerived* -> CBaseY* -> CDerived*
08. 
09.//成功编译,隐式static_cast<>转换
10. 
11.5.
CBaseY* pY1 = pD;
12. 
13.6. printf("CBaseY*
pY1 = %x\n"
,
(
int)pY1);
14. 
15.//
成功编译, 现在 pD1 = pD
16. 
17.7.
CDerived* pD1 = 
static_cast(pY1);
18. 
19.8. printf("CDerived*
pD1 = %x\n"
,
(
int)pD1);
20. 
21.9.
22. 
23.10. //
reinterpret_cast
24. 
25.//
成功编译, 但是 pY2 不是 CBaseY*
26. 
27.11.
CBaseY* pY2 = 
reinterpret_cast(pD);
28. 
29.12. printf("CBaseY*
pY2 = %x\n"
,
(
int)pY2);
30. 
31.13.
32. 
33.14. //
无关的 static_cast<>
34. 
35.15.
CBaseY* pY3 = 
new CBaseY();
36. 
37.16. printf("CBaseY*
pY3 = %x\n"
,
(
int)pY3);
38. 
39.//
成功编译,尽管 pY3 只是一个 "新 CBaseY()"
40. 
41.17.
CDerived* pD3 = 
static_cast(pY3);
42. 
43.18. printf("CDerived*
pD3 = %x\n"
,
(
int)pD3);
01.----------------------
输出 ---------------------------
02. 
03.CDerived*
pD = 392fb8
04. 
05.CBaseY*
pY1 = 392fbc
06. 
07.CDerived*
pD1 = 392fb8
08. 
09.CBaseY*
pY2 = 392fb8
10. 
11.CBaseY*
pY3 = 390ff0
12. 
13.CDerived*
pD3 = 390fec

注意:在将CDerived*用隐式 static_cast<>转换到CBaseY*(第5行)时,结果是(指向)CDerived*(的指针向后) 偏移了4(个字节)(译注:4为int类型在内存中所占字节数)。为了知道static_cast<> 实际如何,我们不得不要来看一下CDerived的内存布局。

CDerived的内存布局(Memory Layout)

 

如图所示,CDerived的内存布局包括两个对象,CBaseX 和 CBaseY,编译器也知道这一点。因此,当你将CDerived* 转换到 CBaseY*时,它给指针添加4个字节,同时当你将CBaseY*转换到CDerived*时,它给指针减去4。然而,甚至它即便不是一个CDerived你也可以这样做。

当然,这个问题只在如果你做了多继承时发生。在你将CDerived转换 到 CBaseX时static_cast<> 和 reinterpret_cast<>是没有区别的。

情况3:void*之间的向前和向后转换

因为任何指针可以被转换到void*,而void*可以被向后转换到任何指针(对于static_cast<> 和 reinterpret_cast<>转换都可以这样做),如果没有小心处理的话错误可能发生。

01.CDerived*
pD = 
new CDerived();
02. 
03.printf("CDerived*
pD = %x\n"
,
(
int)pD);
04.CBaseY*
pY = pD; 
//
成功编译, pY = pD + 4
05. 
06.printf("CBaseY*
pY = %x\n"
,
(
int)pY);
07.void*
pV1 = pY; 
//成功编译,
pV1 = pY
08. 
09.printf("void*
pV1 = %x\n"
,
(
int)pV1);
10.//
pD2 = pY, 但是我们预期 pD2 = pY - 4
11. 
12.CDerived*
pD2 = 
static_cast(pV1);
13. 
14.printf("CDerived*
pD2 = %x\n"
,
(
int)pD2);
15. 
16.//
系统崩溃
17. 
18.//
pD2->bar();
01.----------------------
输出 ---------------------------
02. 
03.CDerived*
pD = 392fb8
04. 
05.CBaseY*
pY = 392fbc
06. 
07.void*
pV1 = 392fbc
08. 
09.CDerived*
pD2 = 392fbc

一旦我们已经转换指针为void*,我们就不能轻易将其转换回原类。在上面的例子中,从一个void* 返回CDerived*的唯一方法是将其转换为CBaseY*然后再转换为CDerived*。

但是如果我们不能确定它是CBaseY* 还是 CDerived*,这时我们不得不用dynamic_cast<> 或typeid[2]。

注释:

1. dynamic_cast<>,从另一方面来说,可以防止一个泛型CBaseY* 被转换到CDerived*。

2. dynamic_cast<>需要类成为多态,即包括“虚”函数,并因此而不能成为void*。

参考:

1. [MSDN] C++ Language Reference -- Casting

2. Nishant Sivakumar, Casting Basics - Use C++ casts in your VC++.NET programs

3. Juan Soulie, C++ Language Tutorial: Type Casting

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