25-类型转换运算符

15.5　类型转换运算符

在C++的创始人Bjarne Stroustrup看来，C语言中的类型转换运算符太过松散。例如，请看下面的代码：

struct Data
{
    double data[200];
};
struct Junk
{
    int junk[100];
};
Data d = {2.5e33, 3.5e-19, 20.2e32};
char * pch = (char *) (&d); // type cast #1 – convert to string
char ch = char (&d);        // type cast #2 - convert address to a char
Junk * pj = (Junk *) (&d); // type cast #3 - convert to Junk pointer

首先，上述3种类型转换中，哪一种有意义？除非不讲理，否则它们中没有一个是有意义的。其次，这3种类型转换中哪种是允许的呢？在C语言中都是允许的。

对于这种松散情况，Stroustrop采取的措施是，更严格地限制允许的类型转换，并添加4个类型转换运算符，使转换过程更规范：

• dynamic_cast；
• const_cast；
• static_cast；
• reinterpret_cast。

可以根据目的选择一个适合的运算符，而不是使用通用的类型转换。这指出了进行类型转换的原因，并让编译器能够检查程序的行为是否与设计者想法吻合。

dynamic_cast运算符已经在前面介绍过了。总之，假设High和Low是两个类，而ph和pl的类型分别为High 和Low ，则仅当Low是High的可访问基类（直接或间接）时，下面的语句才将一个Low*指针赋给pl：

pl = dynamic_cast<Low *> ph;

否则，该语句将空指针赋给pl。通常，该运算符的语法如下：

dynamic_cast < type-name > (expression)

该运算符的用途是，使得能够在类层次结构中进行向上转换（由于is-a关系，这样的类型转换是安全的），而不允许其他转换。

const_cast运算符用于执行只有一种用途的类型转换，即改变值为const或volatile，其语法与dynamic_cast运算符相同：

const_cast < type-name > (expression)

如果类型的其他方面也被修改，则上述类型转换将出错。也就是说，除了const或volatile特征（有或无）可以不同外，type_name和expression的类型必须相同。再次假设High和Low是两个类：

High bar;
const High * pbar = &bar;
    ...
High * pb = const_cast<High *> (pbar); // valid
const Low * pl = const_cast<const Low *> (pbar); // invalid

第一个类型转换使得pb成为一个可用于修改bar对象值的指针，它删除const标签。第二个类型转换是非法的，因为它同时尝试将类型从const High 改为const Low *。

提供该运算符的原因是，有时候可能需要这样一个值，它在大多数时候是常量，而有时又是可以修改的。在这种情况下，可以将这个值声明为const，并在需要修改它的时候，使用const_cast。这也可以通过通用类型转换来实现，但通用转换也可能同时改变类型：

High bar;
const High * pbar = &bar;
...
High * pb = (High *) (pbar); // valid
Low * pl = (Low *) (pbar);   // also valid

由于编程时可能无意间同时改变类型和常量特征，因此使用const_cast运算符更安全。

const_cast不是万能的。它可以修改指向一个值的指针，但修改const值的结果是不确定的。程序清单15.19的简单示例阐明了这一点：

程序清单15.19　constcast.cpp

// constcast.cpp -- using const_cast<>
#include <iostream>
using std::cout;
using std::endl;
void change(const int * pt, int n);
int main()
{
    int pop1 = 38383;
    const int pop2 = 2000;
    cout << "pop1, pop2: " << pop1 << ", " << pop2 << endl;
    change(&pop1, -103);
    change(&pop2, -103);
    cout << "pop1, pop2: " << pop1 << ", " << pop2 << endl;
    return 0;
}
void change(const int * pt, int n)
{
    int * pc;
    pc = const_cast<int *>(pt);
    *pc += n;
}

const_cast运算符可以删除const int* pt中的const，使得编译器能够接受change()中的语句：

*pc += n;

但由于pop2被声明为const，因此编译器可能禁止修改它，如下面的输出所示：

pop1, pop2: 38383, 2000
pop1, pop2: 38280, 2000

正如您看到的，调用change()时，修改了pop1，但没有修改pop2。在chang()中，指针被声明为const int *，因此不能用来修改指向的int。指针pc删除了const特征，因此可用来修改指向的值，但仅当指向的值不是const时才可行。因此，pc可用于修改pop1，但不能用于修改pop2。

static_cast运算符的语法与其他类型转换运算符相同：

static_cast < type-name > (expression)

仅当type_name可被隐式转换为expression所属的类型或expression可被隐式转换为type_name所属的类型时，上述转换才是合法的，否则将出错。假设High是Low的基类，而Pond是一个无关的类，则从High到Low的转换、从Low到High的转换都是合法的，而从Low到Pond的转换是不允许的：

High bar;
Low blow;
...
High * pb = static_cast<High *> (&blow);   // valid upcast
Low * pl = static_cast<Low *> (&bar);      // valid downcast
Pond * pmer = static_cast<Pond *> (&blow); // invalid, Pond unrelated

第一种转换是合法的，因为向上转换可以显示地进行。第二种转换是从基类指针到派生类指针，在不进行显示类型转换的情况下，将无法进行。但由于无需进行类型转换，便可以进行另一个方向的类型转换，因此使用static_cast来进行向下转换是合法的。

同理，由于无需进行类型转换，枚举值就可以被转换为整型，所以可以用static_cast将整型转换为枚举值。同样，可以使用static_cast将double转换为int、将float转换为long以及其他各种数值转换。

reinterpret_cast运算符用于天生危险的类型转换。它不允许删除const，但会执行其他令人生厌的操作。有时程序员必须做一些依赖于实现的、令人生厌的操作，使用reinterpret_cast运算符可以简化对这种行为的跟踪工作。该运算符的语法与另外3个相同：

reinterpret_cast < type-name > (expression)

下面是一个使用示例：

struct dat {short a; short b;};
long value = 0xA224B118;
dat * pd = reinterpret_cast< dat *> (&value);
cout << hex << pd->a; // display first 2 bytes of value

通常，这样的转换适用于依赖于实现的底层编程技术，是不可移植的。例如，不同系统在存储多字节整型时，可能以不同的顺序存储其中的字节。

然而，reinterpret_cast运算符并不支持所有的类型转换。例如，可以将指针类型转换为足以存储指针表示的整型，但不能将指针转换为更小的整型或浮点型。另一个限制是，不能将函数指针转换为数据指针，反之亦然。

在C++中，普通类型转换也受到限制。基本上，可以执行其他类型转换可执行的操作，加上一些组合，如static_cast或reinterpret_cast后跟const_cast，但不能执行其他转换。因此，下面的类型转换在C语言中是允许的，但在C++中通常不允许，因为对于大多数C++实现，char类型都太小，不能存储指针：

char ch = char (&d);     // type cast #2 - convert address to a char

这些限制是合理的，如果您觉得这种限制难以忍受，可以使用C语言。