C++类型转换（static_cast和dynamic_cast)

C++ 的类型转换分为两种，分别是静态类型转换（static_cast）和动态类型转换（dynamic_cast），本节带大家分别了解它们的特性和用法。

C++静态类型转换（static_cast）

static_cast<type-id>(expression) 运算符用于将表达式 expression 转换为 type-id 类型，这种转换没有运行时类型检查，主要用于基本数据类型之间的转换、非多态类型的转换，以及类层次结构中父类与子类之间的转换。

static_cast 的特点是不改变表达式的 const、volatile 或 __unaligned 属性。static_cast 通常较安全，因为它仅允许编译时可以确定的类型转换。

注意，在类之间的静态类型转换中，需要确保父类至少与目标类型具有兼容性；如果两个类之间没有任何关系，尝试进行转换将导致编译错误。

静态类型转换的主要用途有以下几个方面：

类型间转换：实现基本数据类型之间的转换，如从 float 转换为 int，尽管这可能会导致精度损失；
类指针和引用转换：在有继承关系的类之间，可以将子类的指针或引用转换为父类（向上转换），这是安全的。反向转换（父类转为子类，即向下转换）则不安全，因为子类可能包含父类所没有的字段或方法；
非基本类型转换：可以使用 static_cast 将非 const 对象的类型转换为具有 const 属性的新类型。这种转换结果是一个类型为 const 的新表达式；反之，如果需要从 const 类型移除 const 属性，则必须使用 const_cast 转换符；
特殊类型转换：允许将任何类型的表达式转换为 void 类型；

下面是一个使用 static_cast 进行安全的基本类型转换的示例。在 C++ 中，向上转型是指将派生类的指针或引用转换为基类的指针或引用。这通常在多态性中使用，允许通过基类的指针或引用调用在派生类中实现的方法。

#include <iostream>

// 基类
class Base {
public:
    virtual void display() const { // 虚函数以支持多态
        std::cout << "Display Base class" << std::endl;
    }
    virtual ~Base() {} // 虚析构函数以支持多态
};

// 派生类
class Derived : public Base {
public:
    void display() const override { // 重写基类的虚函数
        std::cout << "Display Derived class" << std::endl;
    }
};

int main() {
    Derived d; // 派生类对象
    Base* b = &d; // 自然向上转型，无须显式转换 // 调用 Derived 的 display，展示多态性
    b->display();

    // 使用 static_cast 进行显式向上转型
    Derived d2;
    Base* b2 = static_cast<Base*>(&d2); // 同样调用 Derived 的 display
    b2->display();

    return 0;
}

运行结果为：

Display Derived class
Display Derived class

在上述代码中：

Base 是基类，具有一个虚函数 display()，允许派生类 Derived 进行覆盖。这是实现多态的关键；
在 main() 函数中，我们创建了一个 Derived 类的对象 d，然后将它的地址赋给 Base 类型的指针 b。这种自然的向上转换是安全的，因为每个 Derived 对象也是一个 Base 对象；
虽然直接赋值已经足够，但如果需要显式转换，可以使用 static_cast 来实现。这显示了 static_cast 的正确使用场合之一——进行安全的向上转型。

这个示例展示了如何在实际程序中应用向上转型，以及 static_cast 在实现多态中的重要性。

C++动态类型转换（dynamic_cast）

dynamic_cast<type_id>(expression) 用于在类层次结构中进行类型转换，主要用于处理多态类型，它能在运行时检查类型转换的合法性。这种检查是通过类的类型信息（通常是类的虚表中的信息）来实现的，因此只适用于至少有一个虚函数的类（即多态类）。

但是，虽然 dynamic_cast 提供了类型转换的安全性，但不当使用仍可能导致性能问题或逻辑错误，应仅在确实需要利用多态性进行类型转换时使用。

dynamic_cast 只适用于含有至少一个虚函数的类的指针或引用的转换。这是因为 RTTI 需要通过虚函数表来存取类型信息。如果类没有虚函数，编译器通常不生成类型信息，导致 dynamic_cast 无法执行。

dynamic_cast的主要用途有以下几个方面：

安全的向下转型：dynamic_cast 允许将基类指针或引用安全地转换为派生类指针或引用。如果转换合法（即运行时类型匹配），则转换成功；如果不合法，对于指针返回 nullptr，而对于引用抛出 std::bad_cast 异常。
向上转型：绝大部分情况 static_cast 执行这一转换已经足够，这也是推荐的操作。不过在多重继承的复杂情形中，dynamic_cast 提供了额外的安全性，因为它会在运行时确认类型的实际兼容性。

下面是一个使用 ynamic_cast 进行多态类型的安全向下转型的示例：

#include <iostream>
#include <stdexcept> // 引入标准异常库

// 基类
class Base {
public:
    virtual void display() const { // 虚函数以支持多态
        std::cout << "Display Base class" << std::endl;
    }
    virtual ~Base() {} // 虚析构函数以支持多态
};

// 派生类
class Derived : public Base {
public:
    void display() const override { // 重写基类的虚函数
        std::cout << "Display Derived class" << std::endl;
    }
    void specificFunction() const {
        std::cout << "Specific function for Derived class" << std::endl;
   }
};

int main() {
    Base* b = new Derived(); // 向上转型，安全
    Derived* d;

    // 尝试向下转型
    d = dynamic_cast<Derived*>(b);
    if (d != nullptr) {
        d->display(); // 成功转换，调用派生类的方法
        d->specificFunction(); // 调用派生类特有的方法
    } else {
        std::cout << "Conversion failed." << std::endl;
    }

    delete b; // 释放资源
    return 0;
}

运行结果为：

Display Derived class
Specific function for Derived class

在上述代码中：

Base 是基类，带有一个虚函数 display()，而Derived是它的派生类，不仅重写了 display()，还增加了一个特有的方法 specificFunction()；
通过 dynamic_cast 尝试将基类指针 b 向下转换为派生类指针 d。这个转换检查 b 是否真的指向一个 Derived 类型的对象；
如果转换成功（d 不是 nullptr），则可以安全地调用派生类的方法；如果转换失败，d 将是 nullptr，示例中将打印 "Conversion failed."。

这个示例展示了向下转型在实现多态时的重要性及其潜在风险，以及如何通过 dynamic_cast 保证转换的安全性。

C++类型转换（static_cast和dynamic_cast)

C++静态类型转换（static_cast）

C++动态类型转换（dynamic_cast）

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