【重走C++学习之路】26、类型转换

一、C语言中的类型转换

二、C++中的四个类型转换

2.1 static_cast

2.2 dynamic_cast

2.3 const_cast

2.4 reinterpret_cast

2.5 总结

结语

一、C语言中的类型转换

在C语言中，如果赋值运算符左右两侧类型不同，或者形参与实参类型不匹配，或者返回值类型与接收返回值类型不一致时，就需要发生类型转化，C语言中总共有两种形式的类型转换：隐式类型转换 和 显式类型转换。

隐式类型转换（截断或提升）：

编译器在编译阶段自动进行，能转就转，不能转就编译失败

double pi = 3.14159;
int truncatedPi = pi;  // 隐式转换，丢失小数部分
printf("Pi: %d\n", truncatedPi);  // 输出：3
return 0;

隐式转换可能导致数据丢失：在隐式类型转换中，可能会将一个较大范围的数据类型转换为一个较小范围的类型，导致数据丢失或精度损失。例如，double 转换为 int，会丢失小数部分。

显式类型转换（强转）：

用户自己手动强制转换变量类型

int num = 100;
int *int_ptr = &num;
void *void_ptr = (void*)int_ptr;  // 将int指针转换为void指针
int *new_int_ptr = (int*)void_ptr;  // 再将void指针转换回int指针

常见场景：

数值类型转换
指针类型转换
函数参数类型适配

注意：

数据截断风险
在把大范围的数据类型转换为小范围的数据类型（例如从long转换为int）时，可能会导致数据截断。
浮点精度丢失
将double类型转换为float类型时，可能会造成精度的损失。
指针转换的危险性
错误的指针类型转换可能会使程序崩溃或者产生未定义行为。

二、C++中的四个类型转换

C风格的转换格式很简单，但是有不少缺点的：

1. 隐式类型转化有些情况下可能会出问题：比如数据精度丢失

2. 显式类型转换将所有情况混合在一起，代码不够清晰

因此C++提出了自己的类型转换风格，但C++中仍然可以使用C的类型转换。

在 C++ 里，为了进行类型转换，提供了四个功能不同的类型转换运算符，分别是static_cast、dynamic_cast、const_cast以及reinterpret_cast。

2.1 static_cast

static_cast主要用于进行良性转换，非多态类型的转换（静态转换），编译器隐式执行的任何类型转换都可用static_cast，但它不能用于两个不相关的类型进行转换。它在编译阶段就会完成类型检查。

使用格式：

static_cast<new_type>(expression)

使用场景：

基本数据类型之间的转换

double d = 3.14;
int i = static_cast<int>(d);  // 把double类型转换为int类型，值为3

子类到父类的向上转型

class Base {};
class Derived : public Base {};Derived d;
Base* b = static_cast<Base*>(&d);  // 安全的向上转型

显式调用转换构造函数或者转换运算符

class Fraction 
{
public:Fraction(int num, int den = 1) : numerator(num), denominator(den) {}operator double() const { return (double)numerator / denominator; }
private:int numerator;int denominator;
};Fraction f(3, 4);
double d = static_cast<double>(f);  // 调用operator double()

2.2 dynamic_cast

dynamic_cast主要用于进行安全的向下转型（将父类指针或引用转换为子类指针或引用），它会在运行时进行类型检查。如果转换不安全，对于指针会返回nullptr，对于引用则会抛出std::bad_cast异常。

使用格式：

dynamic_cast<new_type>(expression)

使用场景：

安全的向下转型

class Base { virtual void dummy() {} };  // 必须有虚函数，才能进行RTTI
class Derived : public Base {};Base* b = new Derived;
Derived* d = dynamic_cast<Derived*>(b);  // 转换成功，d不为nullptr

交叉转型

class Base { virtual void dummy() {} };
class Derived1 : public Base {};
class Derived2 : public Base {};
class Derived3 : public Derived1, public Derived2 {};Derived3* d3 = new Derived3;
Derived1* d1 = dynamic_cast<Derived1*>(d3);  // 转换成功
Derived2* d2 = dynamic_cast<Derived2*>(d1);  // 交叉转型，d2不为nullptr

2.3 const_cast

const_cast专门用于修改类型的const或volatile属性，主要用于去除const限定（但要注意，通过这种方式修改原本为const的对象是未定义行为）。

使用格式：

const_cast<new_type>(expression)

使用场景：

去除函数参数的const属性

void print(char* str) 
{printf("%s\n", str);
}const char* cstr = "Hello";
char* str = const_cast<char*>(cstr);  // 去除const限定
// print(cstr);  // 错误：不能将const char*传递给char*
print(str);     // 正确

在const成员函数中修改对象状态

class Counter 
{
public:void increment() const {// count++;  // 错误：在const成员函数中不能修改成员变量const_cast<int&>(count)++;  // 正确：去除const限定}
private:int count;
};

2.4 reinterpret_cast

reinterpret_cast用于进行低级的类型重新解释，比如将指针转换为整数，或者将一种类型的指针转换为另一种不相关类型的指针。

使用格式：

reinterpret_cast<new_type>(expression)

使用场景：

指针和整数之间的转换

int* ptr = new int(10);
uintptr_t addr = reinterpret_cast<uintptr_t>(ptr);  // 将指针转换为整数
int* new_ptr = reinterpret_cast<int*>(addr);  // 将整数转换回指针

不相关类型指针之间的转换

int num = 10;
int* int_ptr = &num;
char* char_ptr = reinterpret_cast<char*>(int_ptr);  // 将int指针转换为char指针

函数指针类型的转换

typedef void (*FuncPtr)();int add(int a, int b) 
{ return a + b; 
}FuncPtr func = reinterpret_cast<FuncPtr>(add);  // 函数指针类型转换
// func();  // 调用会导致未定义行为

2.5 总结

转换运算符	主要用途	安全性
`static_cast`	基本类型转换、向上 / 向下转型（不进行运行时检查）	中等
`dynamic_cast`	安全的向下转型、交叉转型（运行时类型检查）	高
`const_cast`	修改`const`/`volatile`属性	低（容易导致未定义行为）
`reinterpret_cast`	低级指针类型重新解释、指针与整数转换	极低（非常危险）