一起聊聊C++中的四種類型轉(zhuǎn)換符

更新時間：2022年07月15日 14:06:46 作者：一線碼農(nóng)

這篇文章主要是想喝大家一起聊聊來C++中的四種類型轉(zhuǎn)換符?：const_cast、reinterpret_cast、dynamic_cast和static_cast，感興趣的可以了解一下

一：背景

在玩 C 的時候，經(jīng)常會用 void* 來指向一段內(nèi)存地址開端，然后再將其強轉(zhuǎn)成尺度更小的 char* 或 int* 來丈量一段內(nèi)存，參考如下代碼：

int main()
{
	void* ptr = malloc(sizeof(int) * 10);

	int* int_ptr = (int*)ptr;
	char* char_ptr = (char*)ptr;
}

由于 C 的自由度比較大，想怎么玩就怎么玩，帶來的弊端就是容易隱藏著一些不易發(fā)現(xiàn)的bug，歸根到底還是程序員的功底不扎實，C++ 設(shè)計者覺得不能把程序員想的太厲害，應(yīng)該要力所能及的幫助程序員避掉一些不必要的潛在 bug，并且還要盡最大努力的避免對性能有過多的傷害，所以就出現(xiàn)了 4 個強制類型轉(zhuǎn)換運算符。

const_cast
reinterpret_cast
dynamic_cast
static_cast

既然 C++ 做了歸類，必然就有其各自用途，接下來我們逐一和大家聊一下。

二：理解四大運算符

1. const_cast

這是四個運算符中最好理解的，玩過 C++ 的都知道，默認情況下是不能修改一個 const 變量，比如下面這樣：

int main()
{
	const int i = 10;
	i = 12;
}

這段代碼肯定是要報錯的，那如果我一定要實現(xiàn)這個功能，如何做呢？這就需要用到 const_cast 去掉它的常量符號，然后對 i 進行操作即可，所以修改代碼如下：

int main()
{
	const int i = 10;
	auto j = const_cast<int*>(&i);
	*(j) = 12;
}

2. reinterpret_cast

從名字上看就是一個重新解釋轉(zhuǎn)換，很顯然這個非常底層，如果大家玩過 windbg ，應(yīng)該知道用 dt 命令可以將指定的內(nèi)存地址按照某一個結(jié)構(gòu)體丈量出來，比如說 C# 的 CLR 在觸發(fā) GC 時，會有 gc_mechanisms 結(jié)構(gòu)，參考代碼如下：

0:000> dt WKS::gc_mechanisms 0x7ffb6ba96e60
coreclr!WKS::gc_mechanisms
   +0x000 gc_index         : 1
   +0x008 condemned_generation : 0n0
   +0x00c promotion        : 0n0
   +0x010 compaction       : 0n1
   +0x014 loh_compaction   : 0n0
   +0x018 heap_expansion   : 0n0
   +0x01c concurrent       : 0
   +0x020 demotion         : 0n0
   +0x024 card_bundles     : 0n1
   +0x028 gen0_reduction_count : 0n0
   +0x02c should_lock_elevation : 0n0
   +0x030 elevation_locked_count : 0n0
   +0x034 elevation_reduced : 0n0
   +0x038 minimal_gc       : 0n0
   +0x03c reason           : 0 ( reason_alloc_soh )
   +0x040 pause_mode       : 1 ( pause_interactive )
   +0x044 found_finalizers : 0n0
   +0x048 background_p     : 0n0
   +0x04c b_state          : 0 ( bgc_not_in_process )
   +0x050 allocations_allowed : 0n1
   +0x054 stress_induced   : 0n0
   +0x058 entry_memory_load : 0
   +0x05c exit_memory_load : 0

其實 reinterpret_cast 大概也是干這個事的，參考代碼如下:

typedef struct _Point {
	int x;
	int y;
} Point;

int main()
{
	Point point = { 10,11 };

	//內(nèi)存地址
	void* ptr = &point;

	//根據(jù)內(nèi)存地址 丈量出  Point
	Point* ptr_point = reinterpret_cast<Point*>(ptr);

	printf("x=%d", ptr_point->x);
}

從代碼看，我直接根據(jù) ptr 地址丈量出了 Point 結(jié)構(gòu)，說實話這個和 C 玩法就比較類似了。

3. dynamic_cast

在多態(tài)場景下，有時候會遇到這樣的一個問題，一個父類有多個子類，我現(xiàn)在手擁一個父類，我不知道能不能將它轉(zhuǎn)換為其中一個子類，要試探一下看看，那怎么去試探呢？類似 C# 中的 as 運算符，在 C++ 中就需要用 dynamic_cast 來做這件事情，參考如下：

//點
class Point {
public:
	Point(int x, int y) :x(x), y(y) {}
	virtual void show() {}
public:
	int x;
	int y;
};

//矩形
class Rectangle :public Point {
public:
	Rectangle(int x, int y, int w, int h) : Point(x, y), w(w), h(h) {}
public:
	int w;
	int h;
};

//三角形
class Triangle :public Point {
public:
	Triangle(int x, int y, int z) :Point(x, y), z(z) {}
public:
	int z;
};

int main()
{
	Point* p1 = new Rectangle(10, 20, 100, 200);
	Point* p2 = new Triangle(4, 5, 6);

	//將  p1 轉(zhuǎn)成 子類 Triangle 會報錯的
	Triangle* t1 = dynamic_cast<Triangle*>(p1);

	if (t1 == nullptr) {
		printf("p1 不能轉(zhuǎn)成 Triangle");
	}
}

對，場景就是這個，p1 其實是 Rectangle 轉(zhuǎn)上去的，這時候你肯定是不能將它向下轉(zhuǎn)成 Triangle ，問題就在這里，很多時候你并不知道此時的 p1 是哪一個子類。

接下來的一個問題是，C++ 并不像C# 有元數(shù)據(jù)，那它是如何鑒別呢？其實這用了 RTTI 技術(shù)，哪里能看出來呢？哈哈，看匯編啦。

	Triangle* t1 = dynamic_cast<Triangle*>(p1);
00831D57  push        0  
00831D59  push        offset Triangle `RTTI Type Descriptor' (083C150h)  
00831D5E  push        offset Point `RTTI Type Descriptor' (083C138h)  
00831D63  push        0  
00831D65  mov         eax,dword ptr [p1]  
00831D68  push        eax  
00831D69  call        ___RTDynamicCast (083104Bh)  
00831D6E  add         esp,14h  
00831D71  mov         dword ptr [t1],eax

從匯編可以看到編譯器這是帶夾私貨了，在底層偷偷的調(diào)用了一個 ___RTDynamicCast 函數(shù)在運行時幫忙檢測的，根據(jù) cdcel 調(diào)用協(xié)定，參數(shù)是從右到左，恢復(fù)成代碼大概是這樣。

___RTDynamicCast(&p1, 0, &Point, &Triangle,0)

3. static_cast

從名字上就能看出，這個強轉(zhuǎn)具有 static 語義，也就是 編譯階段 就生成好了，具體安全不安全，它就不管了，就拿上面的例子，將 dynamic_cast 改成 static_cast 看看有什么微妙的變化。

int main()
{
	Point* p1 = new Rectangle(10, 20, 100, 200);
	Point* p2 = new Triangle(4, 5, 6);

	Triangle* t1 = static_cast<Triangle*>(p1);

	printf("x=%d, y=%d,z=%d", t1->x, t1->y, t1->z);
}

我們發(fā)現(xiàn)居然轉(zhuǎn)成功了，而且 Triangle 的值也是莫名奇怪，直接取了 Rectangle 的前三個值，如果這是生產(chǎn)代碼，肯定要挨批了。。。

接下來簡單看下匯編代碼：

	Triangle* t1 = static_cast<Triangle*>(p1);
00DF5B17  mov         eax,dword ptr [p1]  
00DF5B1A  mov         dword ptr [t1],eax  

	printf("x=%d, y=%d,z=%d", t1->x, t1->y, t1->z);
00DF5B1D  mov         eax,dword ptr [t1]  
00DF5B20  mov         ecx,dword ptr [eax+0Ch]  
00DF5B23  push        ecx  
00DF5B24  mov         edx,dword ptr [t1]  
00DF5B27  mov         eax,dword ptr [edx+8]  
00DF5B2A  push        eax  
00DF5B2B  mov         ecx,dword ptr [t1]  
00DF5B2E  mov         edx,dword ptr [ecx+4]  
00DF5B31  push        edx  
00DF5B32  push        offset string "x=%d, y=%d,z=%d" (0DF8C80h)  
00DF5B37  call        _printf (0DF145Bh)  
00DF5B3C  add         esp,10h

從代碼中看，它其實就是將 p1 的首地址給了 t1，然后依次把copy偏移值 +4,+8,+0C，除了轉(zhuǎn)換這個，還可以做一些 int ，long ，double 之間的強轉(zhuǎn)，當然也是一樣，編譯時匯編代碼就已經(jīng)生成好了。

到此這篇關(guān)于一起聊聊C++中的四種類型轉(zhuǎn)換符的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++類型轉(zhuǎn)換符內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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