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C++ 的幾種 cast 運算符到底是什麼?與 C 風格的類型轉換 (T)value 有什麼區別和聯系?

編輯:C++入門知識

網上的文章但凡有提到 static_cast、const_cast、reinterpret_cast、dynamic_cast 的,都會語重心長的說,他們克服了 C 風格的類型轉換的缺點,應當使用它們。
可是,C 風格的到底有什麼壞處?C++的這些 cast 又有什麼好處呢?
昨天以前,我連這些 cast 是什麼都不知道(很慚愧)。昨天因為同事們提到這件事,於是小小研究了一下。一些實驗代碼如下:
 
1、無繼承的類型轉換
class A
{
 
};
 
class B
{
public:
    operator A()
    {
        return A();
    }
};
 
int main()
{
    B b;
    A a = (A)b;                     // 執行 operator A()
    A a2 = static_cast<A>(b);       // 執行 operator A()
    A a3 = dynamic_cast<A>(b);      // 不允許
    A a4 = reinterpret_cast<A>(b);  // 不允許
    A a5 = const_cast<A>(b);        // 不允許
   
    return 0;
}
 
2、const_cast
struct A
{
    int m;
 
    A(int m = 0) : m(m)
    {
 
    }
};
 
int main()
{
    const A a;
 
    A a2 = (A)a;        // 允許,(A) 有沒有都一樣,a2 是個新變量
    a2.m = 1;           // a2 的改變不影響 a
 
    A &a3 = (A &)a;     // 允許
    a3.m = 2;           // 影響 a
//  A &a4 = a;          // 不允許,const 限定起作用了
    A *pa5 = (A *)&a;   // 允許www.2cto.com
    pa5->m = 3;         // 影響 a
//  A *pa6 = &a;        // 不允許,const 限定起作用了
 
//  A aa2 = const_cast<A>(a);       // 不允許
 
    A &aa3 = const_cast<A &>(a);    // 允許
    aa3.m = 2;                      // 影響 a
    A *paa5 = const_cast<A *>(&a);  // 允許
    paa5->m = 3;                    // 影響 a
 
    const int i = 0;
    const int &i2 = i;
    const int *pi3 = &i;
//  int j = const_cast<int>(i);         // 不允許
    int &j2 = const_cast<int &>(i2);    // 允許
    int *pj3 = const_cast<int *>(pi3);  // 允許
 
    return 0;
}
從第1點的試驗,加上外界資料的說明,看上去const_case 只允許具有不同cv限定符的同類型之間的轉換。
值得注意的是,如果類型A不是指針或引用,不能使用const_cast(使用了也無意義,見 A a2 = (A)a 這一行)
在 const_cast 可以使用的情形,(T)value 形式都可以使用,(T)value 在功能上完全覆蓋 const_cast。
 
2、reinterpret_cast
class A
{
public:
    operator int *()
    {
        return nullptr;
    }
};
 
int main()
{
    int i = 0;
    double d = 1.0;
    int *p = nullptr;
   
//  int di = reinterpret_cast<int>(d);      // 不允許
    int pi = reinterpret_cast<int>(p);      // 允許
//  int pi2 = static_cast<int>(p);          // 不允許
//  double id = reinterpret_cast<double>(i);// 不允許
//  double pd = reinterpret_cast<double>(p);// 不允許
    int *ip = reinterpret_cast<int *>(i);   // 允許
//  int *ip2 = static_cast<int *>(i);       // 不允許
//  int *dp = reinterpret_cast<int *>(d);   // 不允許
 
    A a;
    int *pa = (int *)a;                     // 允許
    int *pa2 = static_cast<int *>(a);       // 允許
//  int *p2 = reinterpret_cast<int *>(a);   // 不允許
 
    return 0;
}
看上去,reinterpret_cast 可以理解為在指針和數值之間轉換的一種方式,無關任何運算符重載,僅僅把指針轉為字面值,或者把數字轉為指針,轉換的過程中值沒有任何改變,只是告訴編譯器不要報類型不匹配而已。
另外,在reinterpret_cast可以使用的情形,static_cast 是不可以使用的,除非定義了相應的類型轉換運算符。
在 reinterpret_cast 可以使用的情形,(T)value 的方式同樣可以完全勝任,(T)value 在功能上完全覆蓋 reinterpret_cast。
 
dynamic_cast 我自認為還是理解的,就不試了。
 
綜上,我的理解如下:
1、static_cast + const_cast + reinterpret_cast = (T)value
C++ 把原來C風格的的這三個cast拆分成了三個,三者相互正交。大多數情況下,應該是 static_cast 在取代著 (T)value;只是在去除 cv 限定符的時候,換用 const_cast;在取指針字面值的時候,換用 reinterpret_cast。類型轉換運算符 operator T() 由 static_cast 負責執行。
2、dynamic_cast 是 C++ 新增的,用於多態的情形,且只允許轉換具有多態關系的繼承樹上的類型的指針和引用,不允許轉換類型本身。它不是針對 (T)value而出現的,兩者沒有任何競爭關系,只是取決於不同的需求。
(不知這樣理解是否正確,請批評指正~)
至於網上推崇用新寫法,是不是為了更細化而容易理解?有沒有什麼是 (T)value 做不到而 *_cast 能做到的?或者反過來?


 摘自  溪流漫話
 

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