C++ --> static_cast<> 和 reinterpret_cast<>

本文讨论static_cast<> 和 reinterpret_cast<>。 介绍 大多程序员在学C++前都学过C，并且习惯于C风格（类型）转换。当写C++（程序）时，有时候我们在使用static_cast<>和reinterpret_cast<>时可能会有点模糊。在本文中，我将说明static_cast<>实际上做了什么，并且指出一些将会导致错误的情况。 泛型（Generic Types） 01.float f = 12.3; 02.  03.float* pf = &f; 04.// static cast<> 05.  06.// 成功编译, n = 12 07.  08.int n = static_cast(f); 09.  10.// 错误,指向的类型是无关的（译注：即指针变量pf是float类型，现在要被转换为int类型） 11.//int* pn = static_cast(pf); 12.  13.//成功编译 14.  15.void* pv = static_cast(pf); 16.  17.//成功编译, 但是 *pn2是无意义的内存（rubbish） 18.  19.int* pn2 = static_cast(pv); 20.// reinterpret_cast<> 21.  22.//错误,编译器知道你应该调用static_cast<> 23.  24.//int i = reinterpret_cast(f); 25.  26.//成功编译, 但是 *pn 实际上是无意义的内存,和 *pn2一样 27.  28.int* pi = reinterpret_cast(pf); 简而言之，static_cast<> 将尝试转换，举例来说，如float-到-integer，而reinterpret_cast<>简单改变编译器的意图重新考虑那个对象作为另一类型。 指针类型（Pointer Types） 指针转换有点复杂，我们将在本文的剩余部分使用下面的类： 01.class CBaseX 02.  03.{ 04.  05.public: 06.  07.int x; 08.  09.CBaseX() { x = 10; } 10.  11.void foo() { printf("CBaseX::foo() x=%d\n", x); } 12.  13.}; 14.class CBaseY 15.  16.{ 17.  18.public: 19.  20.int y; 21.  22.int* py; 23.  24.CBaseY() { y = 20; py = &y; } 25.  26.void bar() { printf("CBaseY::bar() y=%d, *py=%d\n", y, *py); 27.} 28.  29.}; 30.class CDerived : public CBaseX, public CBaseY 31.  32.{ 33.  34.public: 35.  36.int z; 37.  38.}; 情况1：两个无关的类之间的转换 01.// Convert between CBaseX* and CBaseY* 02.  03.// CBaseX* 和 CBaseY*之间的转换 04.  05.CBaseX* pX = new CBaseX(); 06.  07.// Error, types pointed to are unrelated 08.  09.// 错误， 类型指向是无关的 10.  11.// CBaseY* pY1 = static_cast(pX); 12.  13.// Compile OK, but pY2 is not CBaseX 14.  15.// 成功编译, 但是 pY2 不是CBaseX 16.  17.CBaseY* pY2 = reinterpret_cast(pX); 18.  19.// System crash!! 20.  21.// 系统崩溃!! 22.  23.// pY2->bar(); 正如我们在泛型例子中所认识到的，如果你尝试转换一个对象到另一个无关的类static_cast<>将失败，而reinterpret_cast<>就总是成功“欺骗”编译器：那个对象就是那个无关类。 情况2：转换到相关的类 01.1. CDerived* pD = new CDerived(); 02.  03.2. printf("CDerived* pD = %x\n", (int)pD); 04.  05.3. 06.  07.4. // static_cast<> CDerived* -> CBaseY* -> CDerived* 08.  09.//成功编译，隐式static_cast<>转换 10.  11.5. CBaseY* pY1 = pD; 12.  13.6. printf("CBaseY* pY1 = %x\n", (int)pY1); 14.  15.// 成功编译, 现在 pD1 = pD 16.  17.7. CDerived* pD1 = static_cast(pY1); 18.  19.8. printf("CDerived* pD1 = %x\n", (int)pD1); 20.  21.9. 22.  23.10. // reinterpret_cast 24.  25.// 成功编译, 但是 pY2 不是 CBaseY* 26.  27.11. CBaseY* pY2 = reinterpret_cast(pD); 28.  29.12. printf("CBaseY* pY2 = %x\n", (int)pY2); 30.  31.13. 32.  33.14. // 无关的 static_cast<> 34.  35.15. CBaseY* pY3 = new CBaseY(); 36.  37.16. printf("CBaseY* pY3 = %x\n", (int)pY3); 38.  39.// 成功编译,尽管 pY3 只是一个 "新 CBaseY()" 40.  41.17. CDerived* pD3 = static_cast(pY3); 42.  43.18. printf("CDerived* pD3 = %x\n", (int)pD3); 01.---------------------- 输出 --------------------------- 02.  03.CDerived* pD = 392fb8 04.  05.CBaseY* pY1 = 392fbc 06.  07.CDerived* pD1 = 392fb8 08.  09.CBaseY* pY2 = 392fb8 10.  11.CBaseY* pY3 = 390ff0 12.  13.CDerived* pD3 = 390fec 注意：在将CDerived*用隐式 static_cast<>转换到CBaseY*（第5行）时，结果是（指向）CDerived*（的指针向后） 偏移了4（个字节）（译注：4为int类型在内存中所占字节数）。为了知道static_cast<> 实际如何，我们不得不要来看一下CDerived的内存布局。 CDerived的内存布局（Memory Layout）   如图所示，CDerived的内存布局包括两个对象，CBaseX 和 CBaseY，编译器也知道这一点。因此，当你将CDerived* 转换到 CBaseY*时，它给指针添加4个字节，同时当你将CBaseY*转换到CDerived*时，它给指针减去4。然而，甚至它即便不是一个CDerived你也可以这样做。 当然，这个问题只在如果你做了多继承时发生。在你将CDerived转换 到 CBaseX时static_cast<> 和 reinterpret_cast<>是没有区别的。 情况3：void*之间的向前和向后转换 因为任何指针可以被转换到void*，而void*可以被向后转换到任何指针（对于static_cast<> 和 reinterpret_cast<>转换都可以这样做），如果没有小心处理的话错误可能发生。 01.CDerived* pD = new CDerived(); 02.  03.printf("CDerived* pD = %x\n", (int)pD); 04.CBaseY* pY = pD; // 成功编译, pY = pD + 4 05.  06.printf("CBaseY* pY = %x\n", (int)pY); 07.void* pV1 = pY; //成功编译, pV1 = pY 08.  09.printf("void* pV1 = %x\n", (int)pV1); 10.// pD2 = pY, 但是我们预期 pD2 = pY - 4 11.  12.CDerived* pD2 = static_cast(pV1); 13.  14.printf("CDerived* pD2 = %x\n", (int)pD2); 15.  16.// 系统崩溃 17.  18.// pD2->bar(); 01.---------------------- 输出 --------------------------- 02.  03.CDerived* pD = 392fb8 04.  05.CBaseY* pY = 392fbc 06.  07.void* pV1 = 392fbc 08.  09.CDerived* pD2 = 392fbc 一旦我们已经转换指针为void*，我们就不能轻易将其转换回原类。在上面的例子中，从一个void* 返回CDerived*的唯一方法是将其转换为CBaseY*然后再转换为CDerived*。 但是如果我们不能确定它是CBaseY* 还是 CDerived*，这时我们不得不用dynamic_cast<> 或typeid[2]。 注释： 1. dynamic_cast<>，从另一方面来说，可以防止一个泛型CBaseY* 被转换到CDerived*。 2. dynamic_cast<>需要类成为多态，即包括“虚”函数，并因此而不能成为void*。 参考： 1. [MSDN] C++ Language Reference -- Casting 2. Nishant Sivakumar, Casting Basics - Use C++ casts in your VC++.NET programs 3. Juan Soulie, C++ Language Tutorial: Type Casting