明確C++風(fēng)格的類型轉(zhuǎn)換的用法

2019-11-17 05:23:31

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供稿：網(wǎng)友

　　仔細(xì)想想地位卑賤的類型轉(zhuǎn)換功能（cast），其在程序設(shè)計(jì)中的地位就象goto語句一樣令人鄙視。但是它還不是無法令人忍受，因?yàn)楫?dāng)在某些緊要的關(guān)頭，類型轉(zhuǎn)換還是必需的，這時(shí)它是一個(gè)必需品。

　　不過C風(fēng)格的類型轉(zhuǎn)換并不代表所有的類型轉(zhuǎn)換功能。

　　一來它們過于粗魯，能答應(yīng)你在任何類型之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。不過假如要進(jìn)行更精確的類型轉(zhuǎn)換，這會(huì)是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。在這些類型轉(zhuǎn)換中存在著巨大的不同，例如把一個(gè)指向const對象的指針（pointer-to-const-object）轉(zhuǎn)換成指向非const對象的指針（pointer-to-non-const-object）(即一個(gè)僅僅去除const的類型轉(zhuǎn)換)，把一個(gè)指向基類的指針轉(zhuǎn)換成指向子類的指針（即完全改變對象類型）。傳統(tǒng)的C風(fēng)格的類型轉(zhuǎn)換不對上述兩種轉(zhuǎn)換進(jìn)行區(qū)分。（這一點(diǎn)也不令人驚奇，因?yàn)镃風(fēng)格的類型轉(zhuǎn)換是為C語言設(shè)計(jì)的，而不是為C++語言設(shè)計(jì)的）。

　　二來C風(fēng)格的類型轉(zhuǎn)換在程序語句中難以識(shí)別。在語法上，類型轉(zhuǎn)換由圓括號(hào)和標(biāo)識(shí)符組成，而這些可以用在C＋＋中的任何地方。這使得回答象這樣一個(gè)最基本的有關(guān)類型轉(zhuǎn)換的問題變得很困難：“在這個(gè)程序中是否使用了類型轉(zhuǎn)換？”。這是因?yàn)槿斯ら喿x很可能忽略了類型轉(zhuǎn)換的語句，而利用象grep的工具程序也不能從語句構(gòu)成上區(qū)分出它們來。

　　C++通過引進(jìn)四個(gè)新的類型轉(zhuǎn)換操作符克服了C風(fēng)格類型轉(zhuǎn)換的缺點(diǎn)，這四個(gè)操作符是, static_cast, const_cast, dynamic_cast, 和reinterPRet_cast。在大多數(shù)情況下，對于這些操作符你只需要知道原來你習(xí)慣于這樣寫，

(type) eXPression
　　而現(xiàn)在你總應(yīng)該這樣寫：

static_cast<type>(expression)
　　例如，假設(shè)你想把一個(gè)int轉(zhuǎn)換成double，以便讓包含int類型變量的表達(dá)式產(chǎn)生出浮點(diǎn)數(shù)值的結(jié)果。假如用C風(fēng)格的類型轉(zhuǎn)換，你能這樣寫：

int firstNumber, secondNumber;
...
double result = ((double)firstNumber)/secondNumber；
　　假如用上述新的類型轉(zhuǎn)換方法，你應(yīng)該這樣寫：

double result = static_cast<double>(firstNumber)/secondNumber;
　　這樣的類型轉(zhuǎn)換不論是對人工還是對程序都很輕易識(shí)別。

　　 static_cast在功能上基本上與C風(fēng)格的類型轉(zhuǎn)換一樣強(qiáng)大，含義也一樣。它也有功能上限制。例如，你不能用static_cast象用C風(fēng)格的類型轉(zhuǎn)換一樣把strUCt轉(zhuǎn)換成int類型或者把double類型轉(zhuǎn)換成指針類型，另外，static_cast不能從表達(dá)式中去除const屬性，因?yàn)榱硪粋€(gè)新的類型轉(zhuǎn)換操作符const_cast有這樣的功能。
其它新的C++類型轉(zhuǎn)換操作符被用在需要更多限制的地方。const_cast用于類型轉(zhuǎn)換掉表達(dá)式的const或volatileness屬性。通過使用const_cast，你向人們和編譯器強(qiáng)調(diào)你通過類型轉(zhuǎn)換想做的只是改變一些東西的constness或者volatileness屬性。這個(gè)含義被編譯器所約束。假如你試圖使用const_cast來完成修改constness 或者volatileness屬性之外的事情，你的類型轉(zhuǎn)換將被拒絕。下面是一些例子：

class Widget { ... };
class SpecialWidget: public Widget { ... };
void update(SpecialWidget *psw);
SpecialWidget sw; // sw 是一個(gè)非const 對象。
const SpecialWidget& csw = sw; // csw 是sw的一個(gè)引用
// 它是一個(gè)const 對象
update(&csw); // 錯(cuò)誤!不能傳遞一個(gè)const SpecialWidget* 變量
// 給一個(gè)處理SpecialWidget*類型變量的函數(shù)
update(const_cast<SpecialWidget*>(&csw));
// 正確，csw的const被顯示地轉(zhuǎn)換掉（
// csw和sw兩個(gè)變量值在update
//函數(shù)中能被更新）
update((SpecialWidget*)&csw);
// 同上，但用了一個(gè)更難識(shí)別
//的C風(fēng)格的類型轉(zhuǎn)換
Widget *pw = new SpecialWidget;
update(pw); // 錯(cuò)誤！pw的類型是Widget*，但是
// update函數(shù)處理的是SpecialWidget*類型
update(const_cast<SpecialWidget*>(pw));
// 錯(cuò)誤！const_cast僅能被用在影響
// constness or volatileness的地方上。,
// 不能用在向繼續(xù)子類進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換。
　　到目前為止，const_cast最普通的用途就是轉(zhuǎn)換掉對象的const屬性。

　　第二種非凡的類型轉(zhuǎn)換符是dynamic_cast，它被用于安全地沿著類的繼續(xù)關(guān)系向下進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換。這就是說，你能用dynamic_cast把指向基類的指針或引用轉(zhuǎn)換成指向其派生類或其兄弟類的指針或引用，而且你能知道轉(zhuǎn)換是否成功。失敗的轉(zhuǎn)換將返回空指針（當(dāng)對指針進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換時(shí)）或者拋出異常（當(dāng)對引用進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換時(shí)）：

Widget *pw;
...
update(dynamic_cast<SpecialWidget*>(pw));
// 正確，傳遞給update函數(shù)一個(gè)指針
// 是指向變量類型為SpecialWidget的pw的指針
// 假如pw確實(shí)指向一個(gè)對象,
// 否則傳遞過去的將使空指針。
void updateViaRef(SpecialWidget& rsw);
updateViaRef(dynamic_cast<SpecialWidget&>(*pw));
//正確。傳遞給updateViaRef函數(shù)
// SpecialWidget pw 指針，假如pw
// 確實(shí)指向了某個(gè)對象
// 否則將拋出異常
dynamic_casts在幫助你瀏覽繼續(xù)層次上是有限制的。它不能被用于缺乏虛函數(shù)的類型上（參見條款M24），也不能用它來轉(zhuǎn)換掉constness：
int firstNumber, secondNumber;
...
double result = dynamic_cast<double>(firstNumber)/secondNumber;
// 錯(cuò)誤！沒有繼續(xù)關(guān)系
const SpecialWidget sw;
...
update(dynamic_cast<SpecialWidget*>(&sw));
// 錯(cuò)誤! dynamic_cast不能轉(zhuǎn)換
// 掉const。
　　如你想在沒有繼續(xù)關(guān)系的類型中進(jìn)行轉(zhuǎn)換，你可能想到static_cast。假如是為了去除const，你總得用const_cast。

　　這四個(gè)類型轉(zhuǎn)換符中的最后一個(gè)是reinterpret_cast。使用這個(gè)操作符的類型轉(zhuǎn)換，其的轉(zhuǎn)換結(jié)果幾乎都是執(zhí)行期定義（implementation-defined）。因此，使用reinterpret_casts的代碼很難移植。

　　reinterpret_casts的最普通的用途就是在函數(shù)指針類型之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。例如，假設(shè)你有一個(gè)函數(shù)指針數(shù)組：

typedef void (*FuncPtr)(); // FuncPtr is 一個(gè)指向函數(shù)
// 的指針，該函數(shù)沒有參數(shù)
// 返回值類型為void
FuncPtr funcPtrArray[10]; // funcPtrArray 是一個(gè)能容納
// 10個(gè)FuncPtrs指針的數(shù)組
　　讓我們假設(shè)你希望（因?yàn)槟承┠涿畹脑颍┌岩粋€(gè)指向下面函數(shù)的指針存入funcPtrArray數(shù)組：

int doSomething();
　　你不能不經(jīng)過類型轉(zhuǎn)換而直接去做，因?yàn)閐oSomething函數(shù)對于funcPtrArray數(shù)組來說有一個(gè)錯(cuò)誤的類型。在FuncPtrArray數(shù)組里的函數(shù)返回值是void類型，而doSomething函數(shù)返回值是int類型。

funcPtrArray[0] = &doSomething; // 錯(cuò)誤！類型不匹配
reinterpret_cast可以讓你迫使編譯器以你的方法去看待它們：
funcPtrArray[0] = // this compiles
reinterpret_cast<FuncPtr>(&doSomething);
　　轉(zhuǎn)換函數(shù)指針的代碼是不可移植的（C++不保證所有的函數(shù)指針都被用一樣的方法表示），在一些情況下這樣的轉(zhuǎn)換會(huì)產(chǎn)生不正確的結(jié)果（參見條款M31），所以你應(yīng)該避免轉(zhuǎn)換函數(shù)指針類型，除非你處于著背水一戰(zhàn)和尖刀架喉的危急時(shí)刻。一把鋒利的刀。一把非常鋒利的刀。

　　假如你使用的編譯器缺乏對新的類型轉(zhuǎn)換方式的支持，你可以用傳統(tǒng)的類型轉(zhuǎn)換方法代替static_cast, const_cast, 以及reinterpret_cast。也可以用下面的宏替換來模擬新的類型轉(zhuǎn)換語法：

#define static_cast(TYPE,EXPR) ((TYPE)(EXPR))
#define const_cast(TYPE,EXPR) ((TYPE)(EXPR))
#define reinterpret_cast(TYPE,EXPR) ((TYPE)(EXPR))
　　你可以象這樣使用使用：

double result = static_cast(double, firstNumber)/secondNumber;
update(const_cast(SpecialWidget*, &sw));
funcPtrArray[0] = reinterpret_cast(FuncPtr, &doSomething);
　　這些模擬不會(huì)象真實(shí)的操作符一樣安全，但是當(dāng)你的編譯器可以支持新的的類型轉(zhuǎn)換時(shí)，它們可以簡化你把代碼升級(jí)的過程。

　　沒有一個(gè)輕易的方法來模擬dynamic_cast的操作，但是很多函數(shù)庫提供了函數(shù)，安全地在派生類與基類之間進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換。假如你沒有這些函數(shù)而你有必須進(jìn)行這樣的類型轉(zhuǎn)換，你也可以回到C風(fēng)格的類型轉(zhuǎn)換方法上，但是這樣的話你將不能獲知類型轉(zhuǎn)換是否失敗。當(dāng)然，你也可以定義一個(gè)宏來模擬dynamic_cast的功能，就象模擬其它的類型轉(zhuǎn)換一樣：

#define dynamic_cast(TYPE,EXPR) (TYPE)(EXPR)
　　請記住，這個(gè)模擬并不能完全實(shí)現(xiàn)dynamic_cast的功能，它沒有辦法知道轉(zhuǎn)換是否失敗。

　　我知道，是的，我知道，新的類型轉(zhuǎn)換操作符不是很美觀而且用鍵盤鍵入也很麻煩。假如你發(fā)現(xiàn)它們看上去實(shí)在令人討厭，C風(fēng)格的類型轉(zhuǎn)換還可以繼續(xù)使用并且合法。然而，正是因?yàn)樾碌念愋娃D(zhuǎn)換符缺乏美感才能使它彌補(bǔ)了在含義精確性和可辨認(rèn)性上的缺點(diǎn)。并且，使用新類型轉(zhuǎn)換符的程序更輕易被解析（不論是對人工還是對于工具程序），它們答應(yīng)編譯器檢測出原來不能發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤。這些都是放棄C風(fēng)格類型轉(zhuǎn)換方法的強(qiáng)有力的理由。還有第三個(gè)理由：也許讓類型轉(zhuǎn)換符不美觀和鍵入麻煩是一件好事。

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