【C++】static_cast和dynamic_cast使用详解

一、static_cast

static_cast 是 C++ 中的一种类型转换操作符，用于执行编译时的类型转换。它主要用于在不损失 const 限定的前提下进行各种合法的类型转换，包括数字类型之间的转换、指针类型的转换，以及一些与继承关系相关的转换。static_cast 在编译时执行类型检查，因此它提供了一些类型安全性。

1. 基本类型之间的转换：

   int i = 42;
   double d = static_cast<double>(i);  // 从整数到浮点数的转换
   

2. 指针类型的转换：

   Base* basePtr = new Derived();
   Derived* derivedPtr = static_cast<Derived*>(basePtr);
   

   注意：static_cast 对于指针类型的转换，要求两者之间有合理的转换关系，否则可能会导致不确定的行为。

3. 引用类型的转换：

   int x = 10;
   const int& y = static_cast<const int&>(x);
   

   类似于指针类型，引用类型的转换也要求两者之间有合理的转换关系。

4. 类层次结构中的转换：

   class Base { /* ... */ };
   class Derived : public Base { /* ... */ };
   
   Base* basePtr = new Derived();
   Derived* derivedPtr = static_cast<Derived*>(basePtr);
   

   这里使用 static_cast 进行基类指针到派生类指针的转换。但请注意，如果类之间没有继承关系，或者在继承关系中并非公共基类，这样的转换可能是不安全的。

总之，static_cast 在进行一些明确的、静态可知的类型转换时非常有用。但在涉及到动态类型、多态和运行时类型检查的情况下，可能需要使用 dynamic_cast 或其他更为安全的转换方式。

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二、dynamic_cast

dynamic_cast 是 C++ 中的一种动态类型转换运算符，用于在运行时执行类型检查，主要用于处理类的多态性。它通常与继承、虚函数和多态一起使用。

使用 dynamic_cast 时，被转换的类型必须包含虚函数，否则编译器可能会报错。这是因为 dynamic_cast 的实现依赖于虚表（vtable）信息，而虚表是通过虚函数来构建的。

语法如下：

dynamic_cast<new_type>(expression)

其中，new_type 是你希望将表达式 expression 转换成的新类型。dynamic_cast 会在运行时检查 expression 的实际类型是否与 new_type 兼容。如果兼容，转换成功；否则，返回 nullptr（对于指针类型）或 std::bad_cast 异常（对于引用类型）。

以下是 dynamic_cast 的几种用法：

1. 指针类型的转换：

   class Base { virtual void foo() {} };
   class Derived : public Base {};
   
   Base* basePtr = new Derived();
   Derived* derivedPtr = dynamic_cast<Derived*>(basePtr);
   
   if (derivedPtr) 
   {
       // 转换成功
   } 
   else 
   {
       // 转换失败
   }
   

   这里，dynamic_cast 将 Base 类型的指针 basePtr 转换为 Derived 类型的指针 derivedPtr。如果实际对象是 Derived 类型或其派生类型，转换就会成功。

2. 引用类型的转换：

   Base& baseRef = *basePtr;
   try 
   {
       Derived& derivedRef = dynamic_cast<Derived&>(baseRef);
       // 转换成功
   } 
   catch (const std::bad_cast& e) 
   {
       // 转换失败
   }
   

   引用类型的转换可以使用 try-catch 块捕获 std::bad_cast 异常，因为在转换失败时，dynamic_cast 会抛出此异常。

3. 多层次的类结构：

   class Base { virtual void foo() {} };
   class Intermediate : public Base {};
   class Derived : public Intermediate {};
   
   Base* basePtr = new Derived();
   Derived* derivedPtr = dynamic_cast<Derived*>(basePtr);
   
   if (derivedPtr) 
   {
       // 转换成功
   } 
   else 
   {
    // 转换失败
   }
   

   dynamic_cast 可以处理多层次的类结构，逐层检查类型的兼容性。

总之，dynamic_cast 只能用于处理具有虚函数的类。对于非多态类型的转换，应使用 static_cast。此外，dynamic_cast 的运行时开销相对较大，因此在性能敏感的场景中应谨慎使用。

三、总结

static_cast 并不执行运行时类型检查。因此，如果你尝试执行一种不安全的转换，例如将基类指针转换为不相关的派生类指针，编译器可能不会发出警告或错误，但在运行时可能会导致未定义的行为。在这种情况下，你可能需要考虑使用 dynamic_cast，它执行运行时类型检查，但仅在涉及多态的情况下才适用。

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