前言
说起C++中的继承、多态、虚函数等概念,可能很多同学都有所了解,但是要说真正熟知的同学可能就不是很多了。最近在编程过程中了解到C++类型的层次转换(这就涉及到了多态和继承的相关概率),通常C语言中可以对内置类型进行强制转换,但是这样做不是很安全,在C++标准中,提供了关于类型层次转换中的两个关键字static_cast和dynamic_cast。
一、static_cast关键字(编译时类型检查)
用法:static_cast < type-id > ( expression ),该运算符把expression转换为type-id类型,但没有运行时类型检查来保证转换的安全性,它主要有如下几种用法:
(1)用于基本数据类型之间的转换,如把int转换为char,把int转换成enum,但这种转换的安全性需要开发者自己保证(这可以理解为保证数据的精度,即程序员能不能保证自己想要的程序安全),如在把int转换为char时,如果char没有足够的比特位来存放int的值(int>127或int<-127时),那么static_cast所做的只是简单的截断,及简单地把int的低8位复制到char的8位中,并直接抛弃高位。
(2)把空指针转换成目标类型的空指针
(3)把任何类型的表达式类型转换成void类型
(4)用于类层次结构中父类和子类之间指针和引用的转换。
对于以上第(4)点,存在两种形式的转换,即上行转换(子类到父类)和下行转换(父类到子类)。对于static_cast,上行转换时安全的,而下行转换时不安全的,为什么呢?因为static_cast的转换时粗暴的,它仅根据类型转换语句中提供的信息(尖括号中的类型)来进行转换,这种转换方式对于上行转换,由于子类总是包含父类的所有数据成员和函数成员,因此从子类转换到父类的指针对象可以没有任何顾虑的访问其(指父类)的成员。而对于下行转换为什么不安全,是因为static_cast只是在编译时进行类型坚持,没有运行时的类型检查,具体原理在dynamic_cast中说明。
二、dynamic_cast关键字(运行时类型检查)
用法:同static_cast
dynamic_cast主要用于类层次结构中父类和子类之间指针和引用的转换,由于具有运行时类型检查,因此可以保证下行转换的安全性,何为安全性?即转换成功就返回转换后的正确类型指针,如果转换失败,则返回NULL,之所以说static_cast在下行转换时不安全,是因为即使转换失败,它也不返回NULL。
对于上行转换,dynamic_cast和static_cast是一样的。
对于下行转换,说到下行转换,有一点需要了解的是在C++中,一般是可以用父类指针指向一个子类对象,如parent* P1 = new Children(); 但这个指针只能访问父类定义的数据成员和函数,这是C++中的静态联翩,但一般不定义指向父类对象的子类类型指针,如Children* P1 = new parent;这种定义方法不符合生活习惯,在程序设计上也很麻烦。这就解释了也说明了,在上行转换中,static_cast和dynamic_cast效果是一样的,而且都比较安全,因为向上转换的对象一般是指向子类对象的子类类型指针;而在下行转换中,由于可以定义就不同了指向子类对象的父类类型指针,同时static_cast只在编译时进行类型检查,而dynamic_cast是运行时类型检查,则需要视情况而定。下面通过代码进行说明
- class Base
- {
- virtual void fun(){}
- };
- class Derived:public Base
- {
- };
由于需要进行向下转换,因此需要定义一个父类类型的指针Base *P,但是由于子类继承与父类,父类指针可以指向父类对象,也可以指向子类对象,这就是重点所在。如果 P指向的确实是子类对象,则dynamic_cast和static_cast都可以转换成功,如下所示:
- Base *P = new Derived();
- Derived *pd1 = static_cast<Derived *>(P);
- Derived *pd2 = dynamic_cast<Derived *>(P);
以上转换都能成功。
但是,如果 P 指向的不是子类对象,而是父类对象,如下所示:
- Base *P = new Base;
- Derived *pd3 = static_cast<Derived *>(P);
- Derived *pd4 = dynamic_cast<Derived *>(P);
在以上转换中,static_cast转换在编译时不会报错,也可以返回一个子类对象指针(假想),但是这样是不安全的,在运行时可能会有问题,因为子类中包含父类中没有的数据和函数成员,这里需要理解转换的字面意思,转换是什么?转换就是把对象从一种类型转换到另一种类型,如果这时用 pd3 去访问子类中有但父类中没有的成员,就会出现访问越界的错误,导致程序崩溃。而dynamic_cast由于具有运行时类型检查功能,它能检查P的类型,由于上述转换是不合理的,所以它返回NULL。
三、总结
C++中层次类型转换中无非两种:上行转换和下行转换
对于上行转换,static_cast和dynamic_cast效果一样,都安全;
对于下行转换:你必须确定要转换的数据确实是目标类型的数据,即需要注意要转换的父类类型指针是否真的指向子类对象,如果是,static_cast和dynamic_cast都能成功;如果不是static_cast能返回,但是不安全,可能会出现访问越界错误,而dynamic_cast在运行时类型检查过程中,判定该过程不能转换,返回NULL。