C/C++中奇妙的类型转换

1.引言

大家在学习C语言的时候，有没有遇见过类似于下面这样的代码呢？

// 整形转bool
int count = 10;
while(count--)
{
	cout << count << endl;
}

// 指针转bool
int* ptr = cur;
while(ptr)
{
    //......
}

众所周知，while循环的判断是bool类型的变量，那为什么整形变量和指针变量可以直接作为 while循环的判断条件呢？之所以可以这样直接利用整形变量和指针变量作为while循环的判断条件，是不是说明整形类型的变量和指针类型的变量可以转换成bool类型呢？没错，是的。

大家在学习编程的过程中肯定都有遇到过各种各样的 "神奇的" 类型转换，这些类型转换给我们编程带来了很大的方便，比如说上面的整形直接转bool值判断、指针直接转bool值判断等等......下面我们就一起来学习一下C/C++中的那些神奇的类型转换。

提醒：所有的类型转换之间要有关联，没有关联的类型之间即使是强制类型转换，也是不能转换的。

2.C语言中的那些类型转换

在C编写C/C++代码的时候，我们经常会遇到发生类型转换的场景，比如 赋值运算符的两个操作数不同 、实参和形参类型不同 、函数返回值类型和接收返回值的类型不同，都会发生类型转换；所以，在C语言中提供了两种类型转换 ------ 隐式类型转换和显示类型转换

隐式类型转换

隐式类型转换是隐式的，是我们看不见的，比如下面这段代码：

double a = 1.0;
int b = a; // 发生隐式类型转换

隐式的类型转换有以下几种：

1.整形和整形之间：不同的整形之间是可以发生隐式类型转换的，比如：char，short，int，long 、long long之间（char是属于整形家族的哦！）。
2.整形和浮点型之间：整形和浮点型数据之间也具有一定的关联性，也是可以发生隐式类型转换的，比如：int 和 double，int 和 float 类型的数据......
3.整形和bool之间：因为在编程中，我们习惯用0表示假，非0表示真，所以整形和bool型的数据是可以相互转换的。
4.指针和bool之间：指针有可以分为空指针和非空指针，相当于0和非0，所以指针类型的数据也是可以和bool型之间的数据进行转换的。

显示类型转换

显示类型转换式可以看见的，是用户显示使用的，比如下面这段代码：

int main(){
	int c = 0;
	char* pc = (char*)&c;
	 
	return 0;
}

显示的类型转换有以下几种：

整形和指针类型之间：这两者之间可以转换是因为指针是进程地址空间中字节的编号，和整形数据之间还是具有关联性的，所以可以互相转换。
不同类型的指针变量之间：之所以可以互相转换，和上面一点是相同道理的；但是指针的类型决定了指针解引用之后，可以访问的内存地址字节数的大小（比如说，int*类型的指针解引用之后，可以访问四字节的内存空间，char*类型的指针解引用之后，只能访问1字节的内存空间；这是由指针所指向的数据的类型决定的）。有了这个点，其实所有类型的对象之间都能间接转换了，但是解引用之后所能访问的内存空间大小不一样。

3.C++中的那些类型转换

为什么C++还要改进类型转换呢？

我们都知道，C++是对C的改进和扩充，C++不仅仅改进了C语言中的错误处理机制，还改进了C语言中的类型转换。相信你可能有这样的疑问，C语言中的类型转换挺好用的，那为什么还要改进呢？看下面这段代码：

#include <iostream>
using namespace std; 

void func(size_t pos)
{
	int end = 10;
	while (end >= pos)
	{
		cout << end << endl;
		--end;
	}
}

int main()
{
	func(0);
	return 0;
}

大家可以猜一猜上面这段程序运行的结果是什么？结果如图：

出乎意料吧，程序的结果是死循环；这是因为，end 和 pos是不同类型的数据，相互比较时会发生隐式的类型转换，范围小的会向范围大的数据类型转换，所以end会转换为无符号数，无符号数中没有负数，所以比较的时候，end总是大于pos，导致死循环。

从上面这个案例可以看出，C语言中的类型转化可视性比较差，可能存在难以预料的风险，所以C++的前辈们觉得有必要对类型转换升级升级了。

C++中的类型转换

C++语言中引入了面向对象的思想，提供了继承机制，所以多多少少都会涉及父类和子类之间的转换，这是C语言中的类型转换不能很好的解决的问题之一；再者，C语言中的类型转换可视性较差，所以C++中为了加强类型转换的可视性和可控性，提供了四种类型转换操作符，分别是 static_cast、reinterpret_cast、const_cast、dynamic_cast；

static_cast：static_cast 操作符对应C语言中的隐式类型转换，使用方式如一下代码，加强了隐式类型转换的可视性。

int main()
{
	double a = 3.14;
	int b = static_cast<int>(a);
	
	return 0;
}

reinterpret_cast：reinterpret_cast 操作符对应C语言中的强制类型转换，使用方式如下，以前使用强制类型转换的地方就可以这样使用了。

int main()
{
	int a = 0;
	int* p = reinterpret_cast<int*>(a);
	
	return 0;
}

const_cast：const_cast 操作符用于强制类型转换中，去掉const属性 。去掉变量的const属性的这种强制类型转换存在一定的内存可视化风险，虽然强制类型转换也可以去掉const属性，但是可视性较差，不便于分析程序。

分析上面的代码可以得出，a变量并没有被重新赋值，但是*p指向的空间被重新赋值了，但是*p指向的不就是变量a吗？为什么会出现这样的现象呢？这是因为，编译器认为a是const修饰的，是不会改变的变量，所以在寄存器上存放了一份a，这样一来，当需要使用a变量的时候，直接就可以去寄存器上面取，提高程序的运行效率，*p = 3；改变的是内存空间中a的值，打印的时候，a是在寄存器中取的值，*p是在内存空间中取的值，所以两个值不一样。

分析上面代码可以看出给 const 修饰的变量添加volatile关键字，答应出的结果在意料之中，这是因为，volatile关键字表明，不把该 const 修饰的变量 a 放在寄存器中，所以不会出现上面那种情况。

dynamic_cast：dynamic_cast操作符用于支持向下转换，也就是将一个父类对象的指针/引用转换为子类对象的指针或引用(动态转换)；dynamic_cast会先检查是否能转换成功，能成功则转换，不能则返回0；dynamic_cast只能用于父类含有虚函数的类，这是因为，dynamic_cast的实现和虚函数表有关，要想有虚函数表，类中得有虚函数。

如上图左侧所示，如果父类的指针指向子类对象，该父类的指针是可以转化成子类的指针的，因为可以看到本来就属于它的空间
如上图右侧所示，如果父类的指针指向父类对象，该父类的指针是不能转化为子类的指针的，因为会导致解引用之后，该指针的步长变大，访问本来就不属于它的空间。

总结一下就是子类的指针or引用or对象，是可以直接转换成父类的指针or引用or对象（赋值兼容转换规则），但是父类的指针or引用需要通过dynamic_cast操作符类进行转换，如果能转换，则转换，反之，则返回0；