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一文讲全C++中类型转换操作符

程序员的园

发布于 2024-07-18 05:25:23

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类型转换是C++中一种非常常见的操作，为了保证类型转换的安全性和有效性，C++提出了四种类型转换操作符，通常称之为常规转换操作符。在共享指针出来后，为实现共享指针的转换，提出共享指针支持的四种转换操作符。

常规类型转换操作符

忏悔转换操作符由如下四种：static_cast、dynamic_cast、const_cast和reinterpret_cast。每种转换操作符尤其特定的适用场景。

static_cast

static_cast是一种编译期转换，在编译时进行类型检查并执行类型转换。它主要用于以下几种情况：

用于较明显的类型转换，例如基本数据类型之间的转换。
用于向上转型（Upcasting）和向下转型（Downcasting）之间的转换，但不进行运行时类型检查。
用于将指针或引用从派生类转换为基类。

示例代码：

int num = 10;
double convertedNum = static_cast<double>(num);

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

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dynamic_cast

dynamic_cast是一种运行时转换，在运行时进行类型检查并执行类型转换。它主要用于以下几种情况：

用于多态类型之间的向上转型和向下转型，并进行安全的运行时类型检查。
当转换的目标类型为指针时，如果转换失败，dynamic_cast会返回空指针；当转换的目标类型为引用时，如果转换失败，dynamic_cast会抛出异常。

示例代码：

Base* basePtr = newDerived();
Derived* derivedPtr = dynamic_cast<Derived*>(basePtr);

if (derivedPtr) {
    // 转换成功
} else {
    // 转换失败
}

const_cast

const_cast用于添加或移除指针或引用的const或volatile修饰符。它主要用于以下几种情况：

用于将const或volatile指针或引用转换为非const或非volatile。
用于解除对象的const限制，以便在其上进行修改操作。

示例代码：

constint num = 10;
int& ref = const_cast<int&>(num);
ref = 20; // 合法，虽然num为const，但通过const_cast修改了引用

int a =10;
volatileint* p = &a;
auto  b = const_cast<int*>(p);

reinterpret_cast

reinterpret_cast是一种比较底层的转换，主要用于不同类型之间的强制转换，不进行类型检查，可能会导致未定义的行为。它主要用于以下几种情况：

用于将一个指针类型转换为另一种不兼容的指针类型。
用于将指针类型转换为整数类型或整数类型转换为指针类型，但需要注意平台相关性和安全性。

示例代码：

int num = 10;
double* ptr = reinterpret_cast<double*>(&num);

共享指针转换操作符

共享指针std::shared_ptr支持的类型转换操作符：std::static_pointer_cast、std::dynamic_pointer_cast、std::const_pointer_cast、std::reinterpret_pointer_cast，这四种共享指针的类型转换操作符和常规类型转换操作符一一对应，难道他们之间有什么关联吗，show me the code

//msvc源码，有删减
_EXPORT_STD template <class _Ty1, class _Ty2>
_NODISCARD shared_ptr<_Ty1> static_pointer_cast(const shared_ptr<_Ty2>& _Other) noexcept {
    // static_cast for shared_ptr that properly respects the reference count control block
    const auto _Ptr = static_cast<typename shared_ptr<_Ty1>::element_type*>(_Other.get());
    return shared_ptr<_Ty1>(_Other, _Ptr);
}

_EXPORT_STD template <class _Ty1, class _Ty2>
_NODISCARD shared_ptr<_Ty1> const_pointer_cast(const shared_ptr<_Ty2>& _Other) noexcept {
    // const_cast for shared_ptr that properly respects the reference count control block
    const auto _Ptr = const_cast<typename shared_ptr<_Ty1>::element_type*>(_Other.get());
    return shared_ptr<_Ty1>(_Other, _Ptr);
}

_EXPORT_STD template <class _Ty1, class _Ty2>
_NODISCARD shared_ptr<_Ty1> reinterpret_pointer_cast(const shared_ptr<_Ty2>& _Other) noexcept {
    // reinterpret_cast for shared_ptr that properly respects the reference count control block
    const auto _Ptr = reinterpret_cast<typename shared_ptr<_Ty1>::element_type*>(_Other.get());
    return shared_ptr<_Ty1>(_Other, _Ptr);
}

_EXPORT_STD template <class _Ty1, class _Ty2>
_NODISCARD shared_ptr<_Ty1> dynamic_pointer_cast(const shared_ptr<_Ty2>& _Other) noexcept {
    // dynamic_cast for shared_ptr that properly respects the reference count control block
    const auto _Ptr = dynamic_cast<typename shared_ptr<_Ty1>::element_type*>(_Other.get());

    if (_Ptr) {
        return shared_ptr<_Ty1>(_Other, _Ptr);
    }

    return {};
}