static_cast<> reinterpret_cast<>揭密
发布日期:2021-11-07 23:20:53 浏览次数:2 分类:技术文章

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祥细讨论见:

 

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)

float f = 12.3;        float* pf = &f;      // static cast<>        // 成功编译, n = 12        int n = static_cast
(f); // 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) //int* pn = static_cast
(pf); //成功编译 void* pv = static_cast
(pf); //成功编译, 但是 *pn2是无意义的内存(rubbish) int* pn2 = static_cast
(pv); // reinterpret_cast<> //错误,编译器知道你应该调用static_cast<> //int i = reinterpret_cast
(f); //成功编译, 但是 *pn 实际上是无意义的内存,和 *pn2一样 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:
class CBaseX      {      public:      int x;      CBaseX() { x = 10; }      void foo() { printf("CBaseX::foo() x=%d\n", x); }      };      class CBaseY        {        public:        int y;        int* py;        CBaseY() { y = 20; py = &y; }        void bar() { printf("CBaseY::bar() y=%d, *py=%d\n", y, *py);         }        };       class CDerived : public CBaseX, public CBaseY        {        public:        int z;        };
情况1:两个无关的类之间的转换

// Convert between CBaseX* and CBaseY*      // CBaseX* 和 CBaseY*之间的转换      CBaseX* pX = new CBaseX();      // Error, types pointed to are unrelated      // 错误, 类型指向是无关的      // CBaseY* pY1 = static_cast
(pX); // Compile OK, but pY2 is not CBaseX // 成功编译, 但是 pY2 不是CBaseX CBaseY* pY2 = reinterpret_cast
(pX); // System crash!! // 系统崩溃!! // 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
1. CDerived* pD = new CDerived();      2. printf("CDerived* pD = %x\n", (int)pD);      3.       4. // static_cast<> CDerived* -> CBaseY* -> CDerived*      //成功编译,隐式static_cast<>转换      5. CBaseY* pY1 = pD;      6. printf("CBaseY* pY1 = %x\n", (int)pY1);      // 成功编译, 现在 pD1 = pD      7. CDerived* pD1 = static_cast
(pY1); 8. printf("CDerived* pD1 = %x\n", (int)pD1); 9. 10. // reinterpret_cast // 成功编译, 但是 pY2 不是 CBaseY* 11. CBaseY* pY2 = reinterpret_cast
(pD); 12. printf("CBaseY* pY2 = %x\n", (int)pY2); 13. 14. // 无关的 static_cast<> 15. CBaseY* pY3 = new CBaseY(); 16. printf("CBaseY* pY3 = %x\n", (int)pY3); // 成功编译,尽管 pY3 只是一个 "新 CBaseY()" 17. CDerived* pD3 = static_cast
(pY3); 18. printf("CDerived* pD3 = %x\n", (int)pD3);
---------------------- 输出 ---------------------------      CDerived* pD = 392fb8      CBaseY* pY1 = 392fbc      CDerived* pD1 = 392fb8      CBaseY* pY2 = 392fb8      CBaseY* pY3 = 390ff0      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。

CDerived* pD = new CDerived();        printf("CDerived* pD = %x\n", (int)pD);           CBaseY* pY = pD; // 成功编译, pY = pD + 4        printf("CBaseY* pY = %x\n", (int)pY);             void* pV1 = pY; //成功编译, pV1 = pY        printf("void* pV1 = %x\n", (int)pV1);                // pD2 = pY, 但是我们预期 pD2 = pY - 4        CDerived* pD2 = static_cast
(pV1); printf("CDerived* pD2 = %x\n", (int)pD2); // 系统崩溃 // pD2->bar();
---------------------- 输出 ---------------------------        CDerived* pD = 392fb8        CBaseY* pY = 392fbc        void* pV1 = 392fbc        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
推荐链接:

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