C++中的类型转换

一、概述

C++ 提供了多种类型转换（Type Conversion）方式，以便在不同类型的数据之间进行转换。类型转换主要分为 隐式转换 和 显式转换（即强制转换）。其中，显式转换包括 C 风格转换、static_cast、dynamic_cast、const_cast 和 reinterpret_cast。

二、隐式类型转换（Implicit Conversion）

隐式转换是由编译器自动执行的类型转换，通常发生在以下几种情况：

• 基本类型转换：从低精度到高精度（如 int 转换为 double）。
• 算术转换：运算时，较低精度的类型会被转换为较高精度的类型（如 char 转换为 int）。
• 指针转换：int* 可以隐式转换为 void*，但 void* 不能隐式转换回 int*。派生类的指针可以隐式转换为基类指针（向上转型）。
• 布尔转换：非零整数转换为 true，零转换为 false。
• 非空指针转换为 true，空指针转换为 false。

示例：

int a = 10;
double b = a;  // int 自动转换为 double
void* ptr;
int* pInt = &a;
ptr = pInt;  // int* 隐式转换为 void*

三、显式类型转换（Explicit Conversion）

C++ 提供了多种强制转换方式，其中包括 C 风格转换和 C++ 提供的 static_cast、dynamic_cast、const_cast 和 reinterpret_cast。
C 语言中的类型转换使用 (type) 语法：

double d = 3.14;
int i = (int)d;  // C 风格转换

C 风格转换的缺点：

• 不够安全，难以区分转换的类型。
• 可能会绕过 C++ 类型检查，导致潜在错误。

四、C++ 风格类型转换

1. static_cast

• 用途：用于相关类型之间的转换，如基本数据类型转换、类层次中的向上转换（派生类→基类指针/引用）、显式类型转换（无类型检查的向下转换）等。
• 语法：static_cast<目标类型>(表达式)
• 特点：编译时检查：不执行运行时类型检查，向下转换（基类→派生类）可能不安全。类层次中的向上转换（安全）。

示例：

double d = 3.14;
int i = static_cast<int>(d);  // 安全的基本类型转换

class Base {};
class Derived : public Base {};

Derived dObj;
Base* bPtr = static_cast<Base*>(&dObj);  // 向上转型

2. dynamic_cast

• 用途：主要用于多态类型（含虚函数的类）的向下转换或交叉转换（如兄弟类之间的转换）。
• 语法：dynamic_cast<目标类型>(表达式)
• 特点：运行时检查：转换失败时返回 nullptr（指针）或抛出 std::bad_cast（引用）。仅限多态类型：基类必须有虚函数（否则编译错误）

示例：

class Base {
public:
    virtual ~Base() {}  // 必须有虚函数，才能使用 dynamic_cast
};

class Derived : public Base {
public:
    void show() { std::cout << "Derived class" << std::endl; }
};

Base* basePtr = new Derived();
Derived* derivedPtr = dynamic_cast<Derived*>(basePtr);
if (derivedPtr) {
    derivedPtr->show();
} else {
    std::cout << "Conversion failed!" << std::endl;
}

3. const_cast

用途：移除或添加 const/volatile 属性，常用于适配遗留代码或接口。 语法：const_cast<目标类型>(表达式)
注意事项：不修改原对象的常量性：若原对象为常量，通过指针/引用修改它是未定义行为。仅修改类型属性：不能改变实际类型（如 int* →double* 不可行）。

示例：

void modify(const int* p) {
    int* nonConstP = const_cast<int*>(p);
    *nonConstP = 42;
}

int main() {
    int x = 10;
    modify(&x);
    std::cout << x << std::endl;  // 输出 42
}

4. reinterpret_cast

• 用途：低级别、依赖实现的类型转换（如指针↔整数、无关指针类型之间的转换）。
• 语法：reinterpret_cast<目标类型>(表达式)
• 特点：高度不安全：不进行任何类型检查，可能导致未定义行为。使用场景极少：通常用于底层代码（如序列化、硬件访问）。

示例：

#include <iostream>

int main() {
    int x = 42;
    int* p = &x;
    void* vp = reinterpret_cast<void*>(p);  // int* → void*
    int* p2 = reinterpret_cast<int*>(vp);  // void* → int*

    std::cout << *p2 << std::endl;  // 输出 42
}