C++显性契约与隐性规则:类型转换

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关于类型转换,通常是隐式转换或者强制转换,C++ 提供了一些能够显式表示转换的运算符,能够更好的规避一些风险和错误

1.传统的类型转换

C 语言中,如果赋值运算符左右两侧类型不同,或者形参与实参类型不匹配,或者返回值类型与接收返回值类型不一致时,就需要发生类型转化

cpp 复制代码
void Test()
{
	int i = 1;
	// 隐式类型转换
	double d = i;
	printf("%d, %.2f\n", i, d);
	int* p = &i;
	// 显示的强制类型转换
	int address = (int)p;
	printf("%x, %d\n", p, address);
}

转换分为显式和隐式:

  1. 隐式类型转化:编译器在编译阶段自动进行,能转就转,不能转就编译失败
  2. 显式类型转化:需要用户自己处理

然而这两种转换的前提是逻辑相近:

  • 基本类型间的转换(如 intdouble
  • 继承层级中的转换(如子类→父类、父类→子类)
  • 用户定义的转换(如 operator T() 或带参数的构造函数)
cpp 复制代码
string s;
vector<int> = (vector<int>) s;

这种转换就会失败,因为逻辑不相近

对于强制转换还有一种特殊易错的场景

cpp 复制代码
int main()
{
	const int n = 10;
	int* p = (int*) &n;
	(*p)++;
	
	string s;
	vector<int> = (vector<int>) s;
	cout << n << endl;
	cout << *p << endl;
	return 0;
}

无论是有点 C 语言基础的人,甚至是学完 C++ 的初学者,都很容易认为这里的输出结果是:n11*p11。但是结果并非所愿,输出结果:n10*p11

实际上这里涉及到存储规则的问题,因为 nconst 变量,那么会被识别为一个常变量,可能会是一个经常被使用的值,就把 n 存入寄存器,把频繁使用的变量的值暂存到寄存器中,这样在后续对该变量的读取操作中,就不需要每次都去内存中读取,直接从寄存器中获取即可,因为寄存器的读写速度比内存快很多

通常 cout 输出的值都是在内存里读取的,相比寄存器,内存读写速度较慢,但内存容量相对寄存器大很多,大多的代码都是存在这里的

因此这里输出的 n 是取自内存器,*p 取自内存

cpp 复制代码
volatile const int n = 10;

volatile 关键字表示该变量的值可能会在程序未明确指定的情况下被改变,编译器不会对其进行优化,即不会被存入寄存器,这样取到的 n 就是内存中及时更新的值

C 风格的转换格式很简单,但是有不少缺点的:

  1. 隐式类型转化有些情况下可能会出问题:比如数据精度丢失
  2. 显式类型转换将所有情况混合在一起,代码不够清晰

因此 C++ 提出了自己的类型转化风格,注意因为 C++ 要兼容 C 语言,所以 C++ 中还可以使用 C 语言的转化风格

2.C++强制类型转换

2.1 static_cast

cpp 复制代码
int main()
{
	double d = 12.34;
	int a = static_cast<int>(d);
	cout << a << endl;
	return 0;
}

static_cast 需要逻辑上的相近性

2.2 reinterpret_cast

cpp 复制代码
int main()
{
	// 这里使用static_cast会报错,应该使用reinterpret_cast
	//int *p = static_cast<int*>(a);
	int* p = reinterpret_cast<int*>(a);
	return 0;
}

reinterpret_cast 几乎无类型限制,不要求类型相近,可强制转换任意指针或整数类型,但极其危险,可能导致:

  • 违反别名规则(如通过 char* 修改 int
  • 函数指针转换后调用,引发崩溃
  • 平台依赖(如不同架构的指针大小不同)

2.3 const_cast

cpp 复制代码
void Test()
{
	volatile const int a = 2;
	int* p = const_cast<int*>(&a);
	*p = 3;
	cout << a << endl;
}

仅改变类型的 const / volatile 属性,这里用 reinterpret_cast 也不行的,因为 const 的转换是有风险的

2.4 dynamic_cast

cpp 复制代码
class A
{
public:
	virtual void f() 
	{}
};

class B : public A
{};

void fun(A* pa)
{
	// dynamic_cast会先检查是否能转换成功,能成功则转换,不能则返回
	B* pb1 = static_cast<B*>(pa);
	B* pb2 = dynamic_cast<B*>(pa);
	cout << "pb1:" << pb1 << endl;
	cout << "pb2:" << pb2 << endl;
}
int main()
{
	A a;
	B b;
	fun(&a);
	fun(&b);
	return 0;
}

dynamic_cast 用于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)

  • 向上转型: 子类对象指针/引用->父类指针/引用(不需要转换,赋值兼容规则)
  • 向下转型: 父类对象指针/引用->子类指针/引用(用 dynamic_cast 转型是安全的)

pa 是指向子类对象 B 的,转换可以成功,正常返回地址;pa 是指向父类对象 A 的,转换失败,返回空指针

🔥值得注意的是: 必须是继承关系中的类,基类必须包含虚函数

3.RTTI

RTTI: Run-time Type identification 的简称,即:运行时类型识别

C++ 通过以下方式来支持 RTTI

  1. typeid 运算符
  2. dynamic_cast 运算符
  3. decltype

希望读者们多多三连支持

小编会继续更新

你们的鼓励就是我前进的动力!

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